KR20040035678A - Photonic mems and structures - Google Patents

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Abstract

간섭 변조기 (IMod) 는 반사방지 코팅 (100) 및/또는 마이크로-제조형 보조 조명 소스를 포함한다. 효율적인 구동 방식은 IMods (108) 의 매트릭스 어드레싱된 어레이들 또는 기타의 기계 장치들을 제공 받는다. 개선된 컬러 방식은 더 큰 유연성을 제공한다. 전자 하드웨어는 상이한 디스플레이 포맷 및/또는 애플리케이션 기능을 수용하도록 재구성되는 필드일 수 있다. IMod 의 전자기계 동작은 자신의 광학 동작으로부터 디커플링될 수 있다. 개선된 동작 수단이 제공되며, 그 중 일부는 관측되지 않을 수도 있다. IMod 또는 IMod 어레이 (108) 은 MEMS 스위치 또는 스위치 어레이와 함께 제조 및 사용된다. IMod 는 광학 스위칭 및 변조용으로 이용될 수도 있다. 일부의 IMods 는 2-D 및 3-D 포토닉 구조물을 포함한다. 광을 변조하는 다양한 애플리케이션들이 개시되어 있다. 제공될 경우, MEMS 제조 및 패키징 방법은 연속적인 웹 프로세스에 기초한다. IMods 는 증착된 재료들에서의 잔류 스트레스의 측정용의 테스트 구조물로서 이용될 수 있다.The interferometric modulator IMod includes an antireflective coating 100 and / or a micro-fabricated auxiliary illumination source. An efficient drive scheme is provided with matrix addressed arrays of IMods 108 or other mechanical devices. The improved color scheme provides greater flexibility. Electronic hardware may be a field that is reconfigured to accommodate different display formats and / or application functionality. The electromechanical operation of the IMod can be decoupled from its optical operation. Improved means of operation are provided, some of which may not be observed. IMod or IMod array 108 is manufactured and used with MEMS switches or switch arrays. IMod may be used for optical switching and modulation. Some IMods include 2-D and 3-D photonic structures. Various applications for modulating light are disclosed. If provided, MEMS manufacturing and packaging methods are based on a continuous web process. IMods can be used as test structures for the measurement of residual stress in deposited materials.

Description

포토닉 MEMS 및 구조물 {PHOTONIC MEMS AND STRUCTURES}PHOTONIC MEMS AND STRUCTURES {PHOTONIC MEMS AND STRUCTURES}

배경 기술Background technology

본 출원은, 1994년 5월 5일자 출원되고 현재 미국특허 제 5,835,255 호로 등록된 미국특허출원 제 08/238,750 호의 부분계속출원이며, 1995년 5월 1일자 출원된 국제출원 제 PCT/US95/05358 호의 계속출원이며, 1996년 11월 5일자 출원된 미국특허출원 제 08/744,253 의 부분계속출원이다.This application is partly filed in US patent application Ser. No. 08 / 238,750, filed May 5, 1994 and registered as U.S. Patent No. 5,835,255, and filed in International Application No. PCT / US95 / 05358, filed May 1, 1995. And a partial continuing application of US patent application Ser. No. 08 / 744,253, filed November 5, 1996.

본 발명은 간섭계 변조 (interferometric modulation) 에 관한 것이다.The present invention relates to interferometric modulation.

간섭계 변조기 (IMod) 는 마이크로기계 장치의 광학 특성 조작에 의해 입사빔을 변조한다. 이는 다양한 기술을 이용하여 장치의 IMod 를 변경함으로써 수행된다. IMod 는 그 자체를 플랫 패널 디스플레이 및 광학 컴퓨팅에서 광학 파이버 (fiber-optic) 변조기 및 프로젝션 디스플레이에 이르는 많은 애플리케이션에 제공한다. 상이한 애플리케이션은 상이한 IMod 설계를 이용함으로써 어드레스될 수 있다.An interferometric modulator IMod modulates the incident beam by manipulating the optical characteristics of the micromechanical device. This is done by changing the IMod of the device using various techniques. IMod provides itself for many applications, from flat panel displays and optical computing to optical fiber-optic modulators and projection displays. Different applications can be addressed by using different IMod designs.

요 약summary

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 반사방지 코팅 및/또는 마이크로-제조형 보조 조명 소스를 포함하는 IMod 를 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features an IMod comprising an antireflective coating and / or a micro-fabricated auxiliary illumination source.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 IMod 또는 다른 마이크로기계 장치의 매트릭스 어드레스된 어레이에 대한 효율적인 구동 방식을 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features an efficient drive scheme for matrix addressed arrays of IMod or other micromechanical devices.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 더 큰 유연성 (flexibility) 을 제공하는 컬러 방식을 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features a color scheme that provides greater flexibility.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 상이한 디스플레이 포맷 및/또는 애플리케이션 기능을 수용하기 위해 재구성되는 필드일 수 있는 전자 하드웨어를 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features electronic hardware that may be fields that are reconfigured to accommodate different display formats and / or application functionality.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 IMod 의 광학 동작에서 IMod 전자기계적 동작을 디커플링 (decouple) 하는 IMod 설계를 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features an IMod design that decouples IMod electromechanical operation in optical operation of the IMod.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 일부가 관측될 수 없는 또 다른 동작 수단을 갖는 IMod 설계를 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features an IMod design with another means of operation, some of which cannot be observed.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 MEMS 스위치 또는 스위치 어레이, 및/또는 MEMS 기반 로직과 함께 이용되고 제조되는 IMod 또는 IMod 어레이를 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features an MEod switch or switch array, and / or an IMod or IMod array that is used and manufactured with MEMS-based logic.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 광학 스위칭 및 변조용으로 이용될 수 있는 IMod 를 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features an IMod that can be used for optical switching and modulation.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 2-D 및 3-D 포토닉 구조물을 포함하는 IMod 를 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features an IMod comprising 2-D and 3-D photonic structures.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 광 변조용의 다양한 애플리케이션을 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features various applications for light modulation.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 연속의 웹 제공 프로세스 (web fed process) 에 기초하는 MEMS 제조 및 패키징 방법을 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features a MEMS manufacturing and packaging method based on a continuous web fed process.

일반적으로, 일 양태에서, 본 발명은 증착막의 잔류 스트레스 (residual stress) 측정용의 테스트 구조물로서 이용되는 IMod 를 특징으로 한다.In general, in one aspect, the invention features an IMod used as a test structure for measuring residual stress of a deposited film.

도면의 설명Description of the Drawings

도 1a 는 반사방지 코팅 및 내장형 보조 조명을 포함하는 디스플레이 기판의 단면도이다. 도 1b 는 보조 조명을 위한 또 다른 방식을 나타낸다.1A is a cross-sectional view of a display substrate including an antireflective coating and embedded auxiliary illumination. 1b shows another way for auxiliary lighting.

도 2 는 마이크로기계형 아크 램프 (arc lamp) 소스의 상세한 제조 프로세스를 나타내는 도면이다.2 shows a detailed manufacturing process of a micromechanical arc lamp source.

도 3 은 디스플레이에서 IMod 어레이에 대한 바이어스 중심 구동 방식을 나타내는 도면이다.3 illustrates a bias center driving scheme for an IMod array in a display.

도 4a 는 "베이스 (base) + 색소 (pigment)" 의 개념에 기초한 컬러 디스플레이 방식을 나타내는 도면이다. 도 4b 는 디스플레이 중심 제품을 재구성할 수 있는 필드를 제공하는 시스템의 블록도이다. 도 4c 는 범용 디스플레이 중심 제품에 적용되는 개념을 나타내는 도면이다.4A is a diagram illustrating a color display system based on the concept of "base + pigment". 4B is a block diagram of a system that provides fields for reconfiguring display centric products. 4C is a diagram illustrating a concept applied to a general-purpose display-oriented product.

도 5a 는 비동작 상태에서 나타낸, 전기기계적 동작으로부터 광학 동작을 디커플링하는 IMod 기하학적 구조를 나타내는 도면이다. 도 5b 는 동일한 IMod 를 동작 상태에서 나타낸 도면이다. 도 5c 는 흑백 상태에서의 IMod 의 성능을 나타내는 그래프이다. 도 5d 는 여러가지 컬러 상태의 성능을 나타내는 그래프이다.FIG. 5A is a diagram illustrating an IMod geometry that decouples optical operation from electromechanical operation, shown in a non-operational state. FIG. 5B is a diagram illustrating the same IMod in an operating state. 5C is a graph showing the performance of IMod in black and white state. 5D is a graph showing the performance of various color states.

도 6a 는 전기기계적 동작으로부터 광학 동작을 유사하게 디커플링하지만 지지 구조물이 가려지는 IMod 의 도면이다. 도 6b 는 동작 상태에서의 동일한 설계를 나타내는 도면이다.6A is a diagram of an IMod that similarly decouples optical operation from electromechanical operation but with the support structure obscured. 6B is a view showing the same design in an operating state.

도 7a 는 일 상태에서 이방성 스트레스가 인가된 멤브레인을 이용하는 IMod 설계를 나타내는 도면이다. 도 7b 는 또 다른 상태에서의 동일한 IMod 를 나타내는 도면이다.FIG. 7A shows an IMod design using a membrane subjected to anisotropic stress in one state. FIG. 7B shows the same IMod in another state.

도 8a 는 회전 동작에 따른 IMod 를 나타낸 도면이다. 도 8b 는 회전하는 IMod 설계의 제조 시퀀스를 나타내는 도면이다.8A illustrates IMod according to a rotation operation. 8B shows a manufacturing sequence of a rotating IMod design.

도 9a 는 MEMS 스위치의 블록도이다. 도 9b 는 MEMS 스위치에 기초하는 로우 드라이버 (row driver) 의 블록도이다. 도 9c 는 MEMS 스위치에 기초한 컬럼 (column) 드라이버의 블록도이다. 도 9d 는 MEMS 스위치에 기초하는 NAND 게이트의 블록도이다. 도 9e 는 로직 및 드라이버 구성요소에 기초하는 MEMS 를 포함하는 디스플레이 시스템의 블록도이다.9A is a block diagram of a MEMS switch. 9B is a block diagram of a row driver based on a MEMS switch. 9C is a block diagram of a column driver based on a MEMS switch. 9D is a block diagram of a NAND gate based on a MEMS switch. 9E is a block diagram of a display system including a MEMS based on logic and driver components.

도 10a 는 MEMS 스위치의 구조, 제조, 및 동작을 나타내는 도면이다. 도 10b 는 2 개의 또 다른 스위치 설계를 나타내는 도면이다.10A illustrates the structure, manufacture, and operation of a MEMS switch. 10B is a diagram illustrating two further switch designs.

도 11a 는 2-D 포토닉 구조물에 기초하는 마이크로링 (microring) 의 예를 나타내는 도면이다. 도 11b 는 주기적인 2-D 포토닉 구조물을 나타내는 도면이다.11A is a diagram illustrating an example of a microring based on a 2-D photonic structure. 11B illustrates a periodic 2-D photonic structure.

도 12 는 3-D 포토닉 구조물의 예를 나타내는 도면이다.12 is a diagram illustrating an example of a 3-D photonic structure.

도 13a 은 비동작 상태에서의 마이크로링 구조물을 포함하는 동일한 IMod 를 나타내는 도면이다. 도 13b 는 동작 상태에서 동일한 IMod 를 나타내는 도면이다. 도 13c 는 주기적인 2-D 포토닉 구조물을 포함하는 IMod 를 나타내는 도면이다.13A shows the same IMod including the microring structure in the inoperative state. 13B is a diagram illustrating the same IMod in the operating state. 13C illustrates an IMod that includes a periodic 2-D photonic structure.

도 14a 는 광학 스위치로서 동작하는 IMod 설계를 나타내는 도면이다. 도 14b 는 광학 감쇠기로서 동작하는 다양한 설계를 나타내는 도면이다.14A is a diagram illustrating an IMod design operating as an optical switch. 14B is a diagram illustrating various designs that operate as optical attenuators.

도 15a 는 광학 스위치 또는 광학 디커플러로서 기능하는 IMod 설계의 도면이다. 도 15b 는 이러한 IMod 들의 조합이 N ×N 광학 스위치로서 동작하는 방법을 나타내는 도면이다.15A is a diagram of an IMod design that functions as an optical switch or optical decoupler. 15B is a diagram illustrating how such a combination of IMods acts as an N × N optical switch.

도 16 은 튜닝가능 IMod (tunable IMod) 구조물의 제조 시퀀스를 나타내는 도면이다.FIG. 16 illustrates a manufacturing sequence of a tunable IMod structure. FIG.

도 17a 는 가변 IMod 구조물이 파장 선택 스위치에 포함될 수 있는 방법을 나타내는 도면이다. 도 17b 는 파장 선택 스위치가 고체 장치 (solid state devices) 에 포함될 수 있는 방법을 나타내는 도면이다. 도 17c 는 범프-접합형 (bump-bonded) 구성요소가 포함될 수 있는 방법을 나타내는 도면이다.17A is a diagram illustrating how a variable IMod structure can be included in a wavelength selection switch. FIG. 17B is a diagram illustrating how a wavelength selection switch can be included in solid state devices. FIG. FIG. 17C illustrates how a bump-bonded component can be included. FIG.

도 18a 는 2-채널 이퀄라이저/믹서의 개략도이다. 도 18b 는 IMod 기반 구성요소를 이용하여 이퀄라이저/믹서가 실행될 수 있는 방법을 나타내는 도면이다.18A is a schematic diagram of a two-channel equalizer / mixer. 18B is a diagram illustrating how an equalizer / mixer may be implemented using IMod based components.

도 19 는 연속적인 웹-기반 제조 프로세스를 나타내는 도면이다.19 illustrates a continuous web-based manufacturing process.

도 20 은 IMod 기반 테스트 구조물이 스트레스 측정용 툴 (tool) 로서 이용될 수 있는 방법을 나타내는 도면이다.20 is a diagram illustrating how an IMod based test structure can be used as a tool for stress measurement.

도 21a 내지 도 21c 는 나타낸다.21A-21C show.

반사방지 코팅 (anti-reflective coatings)Anti-reflective coatings

전술한 IMod 설계 (1995년 11월 6일자 출원되고 여기에서 참조로서 포함되는 미국특허출원 제 08/554,630 호에서 개시된 유도형 흡수기 설계) 의 특성은, 입사광의 99.7 % 이상을 흡수할 수 있는 암흑 상태에서의 효율성이다. 이것은 반사 디스플레이에 유용하다. 설명된 설계에서, IMod 는 비동작 상태에서 특정 컬러의 광을 반사하고 동작 상태에서 광을 흡수한다.The characteristics of the aforementioned IMod design (inductive absorber design disclosed in U.S. Patent Application No. 08 / 554,630, filed November 6, 1995 and incorporated herein by reference) are in a dark state capable of absorbing at least 99.7% of incident light. Efficiency in. This is useful for reflective displays. In the described design, the IMod reflects light of a particular color in the non-operating state and absorbs the light in the operating state.

IMod 어레이가 기판 상에 존재하기 때문에, 흡수에 대한 포텐셜은 구조물의 고유 반사에 의해 결정된다. 유리 기판의 경우, 통상 반사량은 가시적 스펙트럼에 대해 약 4 % 이다. 따라서, IMod 구조물의 흡수능력에도 불구하고, 암흑 상태는 기판으로부터의 전면 반사 (front surface reflection) 가 허용될 정도로만 될 것이다.Since the IMod array is on the substrate, the potential for absorption is determined by the intrinsic reflection of the structure. For glass substrates, the amount of reflection is typically about 4% of the visible spectrum. Thus, despite the absorbability of the IMod structure, the dark state will only be sufficient to allow front surface reflections from the substrate.

IMod 기반 디스플레이의 전체적인 성능을 향상시키기 위한 하나의 방법은 반사방지 코팅 (AR 코팅) 을 포함하는 것이다. 이러한 코팅은 기판의 표면 상에 증착되는 하나 이상의 절연막 층을 포함할 수 있고, 표면으로부터의 반사를 감소시키도록 설계된다. 이러한 막과 설계에 대해 다수의 다른 가능한 구성이 있고, 그 제조방법은 공지되어 있다. 하나의 간단한 막 설계로서 약 1/4 파 (wave) 두께의 마그네슘 플루오라이드 (fluoride) 의 단일 코팅이 있다. 다른 예에는유리 상에 1/4 파 두께의 납 플루오라이드를 증착한 후 1/4 파 두께의 마그네슘 플루오라이드를 증착하는 것이 있으며, 세번째 예는 이 둘 사이에 아연 황화물 막을 개재시킨 것이다.One way to improve the overall performance of an IMod based display is to include an antireflective coating (AR coating). Such coatings may include one or more insulating layers deposited on the surface of the substrate and are designed to reduce reflections from the surface. There are many other possible configurations for such membranes and designs, and methods for making them are known. One simple membrane design is a single coating of magnesium fluoride, about 1/4 wave thick. Another example is depositing 1/4 wave thick lead fluoride on glass followed by 1/4 wave thick magnesium fluoride, with a third example sandwiching a zinc sulfide film between the two.

도 1a 는 디스플레이 시스템의 성능을 향상시키기 위해, IMod 디스플레이에 AR 코팅을 포함시킨 하나의 방법을 나타낸 것이다. 도 1a 에서, 설명했던 것과 같이, 하나 이상의 박막을 포함하는 AR 코팅 (100) 은, 유리 기판 (106) 에 접합되는 유리층 (102) 의 표면 상에 증착되며, 반대면 상에 IMod 어레이 (108) 가 제조된다. AR 코팅 (100) 의 존재는 유리층 (102) 에 보다 많이 접합됨으로써 표면에서 반사되는 입사광 (109) 량을 감소시킨다. 그 결과, IMod 가 흡수 모드에서 동작할 때, 보다 많은 입사광이 IMod 어레이에 의해 동작되어, 더 어두운 디스플레이 상태가 획득될 수 있다. AR 코팅 (100) 은 또한 IMod 어레이와 반대되는 측면 상의 유리 기판 (106) 의 표면 상에 직접 증착될 수 있었다.1A illustrates one method of including an AR coating in an IMod display to improve the performance of the display system. In FIG. 1A, as described, an AR coating 100 comprising one or more thin films is deposited on the surface of the glass layer 102 bonded to the glass substrate 106, and the IMod array 108 on the opposite side. ) Is manufactured. The presence of the AR coating 100 reduces the amount of incident light 109 reflected off the surface by bonding more to the glass layer 102. As a result, when the IMod is operating in the absorption mode, more incident light is operated by the IMod array, so that a darker display state can be obtained. AR coating 100 could also be deposited directly on the surface of the glass substrate 106 on the side opposite the IMod array.

내장 조명Built lighting

또한, 도 1a 는 이러한 디스플레이에 보조 조명이 제공될 수 있는 방법을 나타낸다. 이 경우, 초미세 아크 램프 어레이 (microscopic arc lamps; 104) 는 유리층 (102) 에 제조된다. 아크 램프는 효율적인 광 공급원이다. 통상, 아크 램프는 일반적인 광 벌브 (light bulb) 의 제조와 관련된 기술을 이용하여 제조되었다. 이러한 램프의 통상의 양태는 미국특허 제 4,987,496 호에 설명되어 있다. 유리관 (glass vessel) 이 설치되고, 개별적으로 제조된 전극이 이 관 내부에 동봉되어 있다. 적절한 가스로 충진한 후, 이 관은 밀봉된다. 이러한 벌브가 작게 이루어질 수 있더라도, 이 제조 방법은 이와 같은 벌브의 큰 모놀리식 (monolithic) 어레이의 제조에 적절하지 못할 것이다.1A also shows how auxiliary lighting can be provided to such a display. In this case, microscopic arc lamps 104 are produced in the glass layer 102. Arc lamps are an efficient light source. Typically, arc lamps have been manufactured using techniques related to the manufacture of common light bulbs. Typical aspects of such lamps are described in US Pat. No. 4,987,496. Glass vessels are installed and individually manufactured electrodes are enclosed inside the tubes. After filling with a suitable gas, the tube is sealed. Although such bulbs can be made small, this manufacturing method will not be suitable for the production of such large monolithic arrays of bulbs.

마이크로기계 구조물의 제조에 이용되는 기술은 초미세 방전 또는 아크램프의 제조에 적용될 수 있다. "마이크로 램프" 의 초미세 사이즈 때문에, 이들을 구동하는 전압 및 전류는, 통상의 수단 및 크기를 이용하여 제조되는 아크 램프를 제공하기 위해 요구되는 것보다 매우 낮다. 도 1a 의 예에서, 후술되는 바와 같이, 어레이는 램프에 의해 방출되는 광 (113) 이 고유 반사층 (111) 에 의해 IMod 어레이 (108) 를 향하도록 제조된다.The technology used to manufacture micromechanical structures can be applied to the production of ultrafine discharges or arc lamps. Because of the ultrafine size of "microlamps", the voltages and currents driving them are much lower than what is required to provide arc lamps manufactured using conventional means and sizes. In the example of FIG. 1A, the array is fabricated such that the light 113 emitted by the lamp is directed to the IMod array 108 by the intrinsic reflective layer 111.

도 2 는 플랫 패널 디스플레이용으로 최적화되는 이러한 램프가 제공될 수 있는 방법을 상세하게 제공한다. 그 시퀀스는 다음과 같이 설명된다. 단계 1 에 나타낸 바와 같이, 유리층 (200) 은 반사기 보울 (reflector bowl; 201) 을 형성하도록 습식 또는 건식 화학적 에칭을 이용하여 에칭된다. 보울의 깊이 및 형상은 각각의 램프에 대해 요구되는 조명 면적에 의해 결정된다. 얕은 보울은 널리 반사되는 빔 확산을 생성하는 반면, 파라볼라형은 반사된 광을 평행하게 한다. 보울의 직경은 10 내지 수백 마이크론 (micron) 까지 변화될 수 있다. 이 치수는 관측자의 원근으로부터 적절하게 희미하게 될 수 있는 디스플레이 면적치로 결정된다. 이것은 또한 마이크로-램프의 어레이 밀도의 함수이다. 표준 증착 기술, 예를 들면, 스퍼터링, 및 표준 포토리소그래픽 기술을 이용하여, 반사기/금속 할로겐화물층 (204) 및 희생층 (sacrificial layer; 202) 이 증착되고 패턴화된다. 반사기/금속 할로겐화물층은 알루미늄 (반사기) 과 탄탈륨 요오드화물, 칼슘 요오드화물, 및 인듐 요오드화물과 같은 금속 할로겐화물을 포함하는 막 스택이 될 수 있다. 금속 할로겐화물은 필수적이지는 않지만 생성되는 광의 성질을 향상시킬 수 있다. 희생층은, 예를 들면, 실리콘과 같은 층이 될 수 있다.2 provides details of how such a lamp may be provided that is optimized for flat panel displays. The sequence is described as follows. As shown in step 1, the glass layer 200 is etched using wet or dry chemical etching to form a reflector bowl 201. The depth and shape of the bowl is determined by the area of illumination required for each lamp. Shallow bowls produce widely reflected beam spreading, while parabolic shapes parallel the reflected light. The diameter of the bowl can vary from 10 to several hundred microns. This dimension is determined by the display area value that can be appropriately blurred from the viewer's perspective. This is also a function of the array density of the micro-lamps. Reflector / metal halide layer 204 and sacrificial layer 202 are deposited and patterned using standard deposition techniques such as sputtering, and standard photolithographic techniques. The reflector / metal halide layer can be a film stack comprising aluminum (reflector) and metal halides such as tantalum iodide, calcium iodide, and indium iodide. Metal halides are not essential but can improve the properties of the light produced. The sacrificial layer can be, for example, a layer such as silicon.

다음으로, 전극층 (206) 은 증착되고 패턴화되어 2 개의 별도의 전극을 형성할 수 있다. 이 재료는 텅스텐과 같은 내화 금속이 될 수 있고, 수천 Å 단위의 기계적 지지물을 제공하도록 충분한 두께를 가질 수 있다. 다음으로, 희생막 (202) 은 건식 릴리스 (dry release) 기술에 의해 제거된다. (이러한 램프들의 어레이의 형태인) 조립체는 반사기가 플레이트와 대향하는 (도 1a 에 나타낸) 기판 (106) 과 같은 유리판에 접합됨으로써 밀봉된다. 크세논과 같은 가스는 밀봉 프로세스 동안 램프에 의해 형성되는 캐비티를 약 1 기압의 압력으로 역충진하기 위해 이용된다. 이는 크세논으로 이미 충진되었던 밀폐된 챔버에서 밀봉 프로세스를 수행함으로써 수행될 수 있다.Next, electrode layer 206 may be deposited and patterned to form two separate electrodes. This material may be a refractory metal such as tungsten and may have a sufficient thickness to provide a mechanical support in units of thousands of kilowatts. Next, the sacrificial film 202 is removed by a dry release technique. The assembly (in the form of an array of such lamps) is sealed by bonding to a glass plate, such as a substrate 106 (shown in FIG. 1A) opposite the plate. Gases such as xenon are used to backfill the cavity formed by the lamp to a pressure of about 1 atmosphere during the sealing process. This can be done by performing a sealing process in a closed chamber that has already been filled with xenon.

각 램프의 전극으로의 충분한 전압의 인가는 전극 엔드들 (ends) 사이의 가스에서의 전기적 방전 및 반사기 (204) 로부터 벗어난 방향으로의 발광 (205) 을 유발할 것이다. 갭 간격이 수백 마이크론 이하인 경우, 전압은 수십 볼트만큼 낮게 될 수 있다. 전극 재료가 최소 스트레스를 갖도록 증착된다면, 보울 내부에서 희생막 (202) 의 전극의 위치를 결정할 것이다. 이 경우, 두께는 보울의 집중점에서의 방전 위치로 선택된다. 제거 시 전극을 이동시키는 잔류 스트레스가 있는 경우, 이 이동에 대해 보상할 수 있도록 두께가 선택된다. 일반적으로, 두께는 보울의 깊이의 일부 프랙션 (fraction) 이 수 내지 수십 마이크론이 될 것이다.The application of sufficient voltage to each electrode of each lamp will cause electrical discharge in the gas between the electrode ends and light emission 205 in the direction away from the reflector 204. If the gap spacing is several hundred microns or less, the voltage can be as low as a few tens of volts. If the electrode material is deposited with minimal stress, it will determine the position of the electrode of the sacrificial film 202 inside the bowl. In this case, the thickness is selected as the discharge position at the concentration point of the bowl. If there is a residual stress that moves the electrode upon removal, the thickness is chosen to compensate for this movement. In general, the thickness will be several to tens of microns in some fraction of the depth of the bowl.

도 1a 를 다시 참조하면, 광이 경로 (113) 를 따라 이동하는 것을 나타낸 것이다. 즉, 광은, 동작되고 인터페이스 (107) 와 관측자 (111) 를 향해 경로 (110) 를 따라 어레이에 의해 연속으로 반사되는, IMod 어레이를 향해 방출된다.Referring again to FIG. 1A, it is shown that light travels along path 113. That is, light is emitted towards the IMod array, which is operated and reflected continuously by the array along the path 110 towards the interface 107 and the observer 111.

램프는 광을 전방향성으로 방출할 수 있도록 반사기층을 포함하지 않고 제조할 수 있다.The lamp may be manufactured without a reflector layer to emit light omnidirectionally.

반사기를 갖는 또는 갖지 않는 램프는 초미세 광원 또는 광원 어레이를 필요로 하는 다양한 애플리케이션에 이용될 수 있다. 이는 내부 (가정, 빌딩) 또는 외부 (자동차, 플래시라이트) 이용을 위한 일반적인 광원, 프로젝션 디스플레이, 또는, 발광형 플랫 패널 디스플레이에 대한 백라이트를 포함할 수 있다.Lamps with or without reflectors can be used in a variety of applications requiring ultrafine light sources or arrays of light sources. This may include a backlight for a common light source, projection display, or emissive flat panel display for interior (home, building) or exterior (car, flashlight) use.

도 1b 에 따르면, 또 다른 보조 조명 방법을 나타낸다. 광 가이드 (118) 는 기판 (112) 에 접착되었던 유리 또는 플라스틱층을 포함한다. 임의의 수의 형광 튜브, LED 어레이, 또는 전술한 마이크로-램프 어레이와 같은 발광형 광원을 포함할 수 있는 광원 (116) 은 광 가이드의 반대측 상에 탑재된다. 광 (122) 은 대부분의 광이 내부 전반사 (total internal reflection) 를 통해 가이드 내부에 트랩 (trap) 되도록 분광기 (120) 를 이용하는 광 가이드에 결합된다. 산란 패드 (124) 는 습식 또는 건식 화학적 수단에 의해 거칠기를 갖게 되는 광 가이드 영역이다. 산란 패드는 기판 (112) 을 향하는 반사형 표면과 관측자 (128) 를 향해 흡수 표면을 표현하기 위한 재료 또는 박막 스택 (126) 으로 코팅된다.According to FIG. 1B, another auxiliary illumination method is shown. Light guide 118 includes a glass or plastic layer that has been adhered to substrate 112. A light source 116, which may include any number of fluorescent tubes, LED arrays, or light emitting light sources such as the micro-lamp arrays described above, is mounted on the opposite side of the light guide. Light 122 is coupled to the light guide using spectrometer 120 such that most of the light is trapped inside the guide through total internal reflection. Scattering pad 124 is a light guide region that is roughened by wet or dry chemical means. The scattering pads are coated with a reflective surface facing the substrate 112 and a thin film stack 126 or material for representing the absorbing surface towards the observer 128.

가이드 내부에 트랩된 광이 산란 패드에 입사될 때, 내부 전반사에 대한 조건은 위반되고 광의 몇몇 부분 (129) 이 모든 방향으로 산란된다. 일반적으로 주변 매체로, 즉, 관측자 (128) 를 향해 새어나가는 산란된 광은 코팅 (126) 의 반사 측면의 출현으로 인해 기판 (112) 으로 반사된다. 전술한 마이크로-램프와 같이, 산란 패드들은 일 어레이로 제조되고, 각각의 패드는 직접 시계로부터 흐린 디스플레이의 부분이 좀처럼 인식되지 않도록 치수화된다. 치수가 수 십 마이크론 단위로 적은 반면, 이들은 하부에 위치되는 IMod 어레이 (114) 의 고유 광학 효율로 인해, 충분한 보조 광원을 제공할 수 있다. 산란 패드의 형상은 관측자에 의한 그들의 지각을 최소화할 수 있는 원형, 직사각형 또는 임의의 형상이 될 수 있다.When light trapped inside the guide is incident on the scattering pad, the conditions for total internal reflection are violated and some portion 129 of the light is scattered in all directions. Generally, scattered light that leaks out to the surrounding medium, ie toward the observer 128, is reflected to the substrate 112 due to the appearance of the reflective side of the coating 126. Like the micro-lamps described above, the scattering pads are made in an array, and each pad is dimensioned so that a portion of the dim display is rarely perceived directly from the watch. While the dimensions are small on the order of tens of microns, they can provide sufficient auxiliary light sources due to the inherent optical efficiency of the underlying IMod array 114. The shape of the scattering pads can be round, rectangular or any shape that can minimize their perception by the viewer.

어레이의 어드레싱 소자Addressing Elements in Arrays

디스플레이 목적을 위한 좌표 양식에서 IMod 의 배열을 정확하게 하기 위해, 일련의 전압이 통상 "라인 (line at the time)" 양식으로 알려져있는 어레이의 로우 및 컬럼에 인가된다. 기본적인 개념은, 선택되는 컬럼 (column) 에 인가되는 전압이 선택된 로우 (row) 상의 대응하는 소자가 컬럼 전압에 따라 동작하거나 릴리스되도록, 충분한 전압을 특정 로우에 인가하는 것이다. 임계값 및 인가 전압은 선택된 로우 상의 소자만이 컬럼 전압의 인가에 의해 영향을 받도록 해야 한다. 전체 어레이는 디스플레이를 포함하는 로우 세트를 순차적으로 선택함으로써 시간 주기 상으로 어드레스 될 수 있다.In order to accurately align the IMod in the coordinate format for display purposes, a series of voltages are applied to the rows and columns of the array, commonly known as the "line at the time" form. The basic concept is to apply sufficient voltage to a particular row such that the voltage applied to the selected column is such that the corresponding element on the selected row operates or is released according to the column voltage. The threshold and applied voltage should ensure that only the devices on the selected row are affected by the application of the column voltage. The entire array can be addressed over a time period by sequentially selecting a set of rows containing the display.

이를 수행하는 한 가지 간단한 방법이 도 3 에 도시되어 있다. 히스테리시스 곡선 (hysteresis curve; 300) 은 반사형 IMod 의 전기적 응답의 이상적인 표현이다. x-축은 인가 전압을 나타내고, y-축은 반사광의 진폭을 나타낸다. 전압이 풀-인 (pull-in) 임계값을 지나서 증가함에 따라, IMod 구조물은 동작하고 크게 흡수하기 때문에, IMod 는 히스테리시스를 나타낸다. 인가 전압이 감소될 때, 이 구조물을 미인가 상태로 되돌리기 위해, 인가 전압은 릴리스 임계값 이하가 되어야 한다. 풀-인 임계값과 릴리스 임계값 사이의 차이는 히스테리시스 윈도우를 생성한다. 다른 어드레싱 방식 및 히스테리시스 효과는 1996년 11월 5일자 출원되고 여기에 참조로서 포함되는 미국특허출원 제 08/744,252 호에 개시되어 있다. 히스테리시스 윈도우는 바이어스 전압 (Vbias) 를 유지함으로써 언제든지 이용할 수 있어서, 구동 및 릴리스되는 상태에 상관없이 IMod 를 유지한다. 전압 (Voff및 Von) 은 IMod 구조물을 동작하고 릴리스하기 위해 필요한 전압에 대응한다. 어레이는 컬럼 및 로우 드라이버로 알려진 전기기계를 이용하여 컬럼 및 로우에 전압을 인가함으로써 구동된다. IMod 는 6 볼트의 풀-인 임계값 및 3 볼트의 릴리스 임계값에 의해 제조되었다. 이러한 장치에 대해, Vbias, Voff및 Von에 대한 일반적인 값은 각각 4.5 V, 0 V, 및 9 V 이다.One simple way of doing this is shown in FIG. 3. The hysteresis curve 300 is an ideal representation of the electrical response of the reflective IMod. The x-axis represents the applied voltage and the y-axis represents the amplitude of the reflected light. As the voltage increases past the pull-in threshold, IMod exhibits hysteresis because the IMod structure operates and absorbs significantly. When the applied voltage is reduced, in order to return this structure to the unapplied state, the applied voltage must be below the release threshold. The difference between the pull-in threshold and the release threshold creates a hysteresis window. Other addressing schemes and hysteresis effects are disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 744,252, filed November 5, 1996, incorporated herein by reference. The hysteresis window can be used at any time by maintaining a bias voltage (V bias ), maintaining IMod regardless of the state of being driven and released. Voltages V off and V on correspond to the voltages needed to operate and release the IMod structure. The array is driven by applying voltages to the columns and rows using an electrical machine known as a column and row driver. IMod was manufactured with a pull-in threshold of 6 volts and a release threshold of 3 volts. For such a device, typical values for V bias , V off and V on are 4.5 V, 0 V, and 9 V, respectively.

도 3 에서, 타이밍도 (302) 은 히스테리시스 곡선과 유사한 곡선 (300) 을 나타내는 IMod 의 어레이를 동작시기키 위해 인가될 수 있는 파형의 종류를 나타낸다. 5 개 전압, 2 개 컬럼 전압 및 3 개 로우 전압의 합이 필요하다. 전압은 Vcol1이 Vbias값의 정확하게 2 배가 되고 Vcol1이 0 V 가 되도록 선택된다. 로우 전압은 VselF0과 Vcol0사이의 차이와 VselF0과 Vcol1사이의 차이가 Voff와 동일하도록 선택된다. 역으로, VselF1과 Vcol1사이의 차이와 VselF1과 Vcol0사이의 차이가 Voff와 동일하도록 선택된다.In FIG. 3, timing diagram 302 shows the type of waveform that can be applied to operate an array of IMods representing a curve 300 similar to a hysteresis curve. The sum of five voltages, two column voltages and three low voltages is required. Voltage is exactly two times the value V col1 the V bias is selected to be V 0 V col1 this. The low voltage is selected such that the difference between V selF0 and V col0 and the difference between V selF0 and V col1 are equal to V off . Conversely, the difference between V selF1 and V col1 and the difference between V selF1 and V col0 are chosen to be equal to V off .

어드레싱은 프레임 0 과 1 을 교대로 하여 생성된다. 일반적인 어드레싱 시퀀스에서, 로우 0 에 대한 데이터는 프레임 0 동안 컬럼 드라이버에 로드되어, Vcol1또는 Vcol0의 전압 레벨이 데이터가 각각 바이너리 또는 제로인지에 의존하여 제공되도록 한다. 데이터가 확정될 때, 로우 드라이버 0 이 VselF0값을 갖는 선택 펄스를 인가한다. Vcol0을 갖는 컬럼 상의 임의의 IMod 결과는 동작되는 것으로 나타나고, Vcol1을 갖는 컬럼 상의 IMod 는 릴리스되는 것으로 나타난다. 후속 로우에 대한 데이터는 컬럼으로 로드되고, 디스플레이의 엔드 (end) 가 도달될 때까지 선택 펄스가 연속적으로 인가된다. 이 때, 어드레싱은 로우 0 으로 다시 시작되지만; 이 때 어드레싱은 프레임 1 에서 발생한다.Addressing is created by alternating frames 0 and 1. In a typical addressing sequence, data for row 0 is loaded into the column driver during frame 0, such that the voltage level of V col1 or V col0 is provided depending on whether the data is binary or zero, respectively. When the data is confirmed, row driver 0 applies a select pulse with a value of V selF0 . Any IMod result on the column with V col0 appears to be working, and the IMod on the column with V col1 appears to be released. The data for the next row is loaded into the column and a selection pulse is applied continuously until the end of the display is reached. At this point, addressing begins again with row 0; At this point, addressing occurs in frame 1.

프레임들 사이의 차이는, 데이터와 컬럼 전압간의 대응이 스위치되고, 바이너리 제로가 Vcol0으로 표현되며, 로우 선택 펄스가 VselF1레벨인 것이다. 이 기술을 이용하여, 디스플레이 어레이에 인가되는 전압의 전체 극성은 각 프레임과 교대하게 된다. 이것은 단일 극성의 전압만이 인가될 때 임의의 DC 레벨 전하 빌드업 (buildup) 의 보상을 허용하기 때문에, 특히 MEMS 기반 디스플레이에 유용하다. 구조물 내에서의 전하의 빌드업은 IMod 또는 다른 MEMS 장치의 전자광학 곡선을 현저하게 오프셋시킬 수 있다.The difference between the frames is that the correspondence between data and column voltage is switched, binary zero is represented by V col0 , and the row select pulse is at V selF1 level. Using this technique, the overall polarity of the voltage applied to the display array is alternated with each frame. This is particularly useful for MEMS based displays because it allows compensation of any DC level charge buildup when only a single polarity voltage is applied. Buildup of charge in the structure can significantly offset the electro-optic curve of the IMod or other MEMS device.

컬러 디스플레이 방식Color display method

IMod 는, 다양한 포텐셜 광학 응답을 갖는 다기능 장치이기 때문에, 많은 상이한 컬러 디스플레이 방식이 상이한 속성을 가질 수 있도록 한다. 하나의 가능한 방식은 동일한 IMod 에서 컬러 상태, 흑백 상태를 달성할 수 있는 바이너리 IMod 설계가 있다는 사실을 이용한다. 이 능력은 "베이스 (base)+색소" 로 설명될 수 있는 컬러 방식을 달성하기 위해 이용될 수 있다. 이 용어는, 이 방법이 소망의 컬러를 달성하기 위해 페인트 컬러가 색소를 백색 베이스에 추가함으로써 생성되는 방식과 비슷하기 때문에 이용된다. 이 방법을 이용하여, 베이스에 첨가되는 색소의 함유물과 양을 조절함으로써, 특정 페인트는 스펙트럼에서 임의의 컬러를 달성할 수 있고, 임의의 채도 레벨을 달성할 수 있다. 착색된 화소 및 흑백 화소를 포함하는 디스플레이에 대해서 동일하게 말할 수 있다.Because IMod is a multifunctional device with various potential optical responses, it allows many different color display schemes to have different attributes. One possible approach takes advantage of the fact that there is a binary IMod design that can achieve color and monochrome states in the same IMod. This ability can be used to achieve a color scheme that can be described as "base + pigment". This term is used because this method is similar to the way the paint color is created by adding a pigment to the white base to achieve the desired color. Using this method, by controlling the amount and amount of pigment added to the base, certain paints can achieve any color in the spectrum, and can achieve any saturation level. The same can be said for displays that include colored pixels and monochrome pixels.

도 4a 에 나타낸 바와 같이, 화소 (400) 는 5 개 부화소 소자 (402, 404, 406, 408) 를 포함하고, 각각의 부화소는 각각 적색, 녹색, 청색, 및 백색을 반사할 수 있다. 모든 부화소는 흑색 상태일 수 있다. 각각의 부화소의 밝기의 제어는 미국 특허 5,835,255 에 개시된 기술과 관련되는 펄스 폭 변조를 이용하여 수행될 수 있다. 적절하게 선택된 상대적인 부화소 사이즈와 함께, 이것은 매우 큰 정도의 제어가 밝기 및 포화에 영향을 미치는 픽셀을 생성한다. 예를 들면, 백색 부화소의 전체 밝기를 최소화함으로써, 높은 채도를 갖는 컬러가 이루어질 수 있다. 역으로, 컬러 부화소의 밝기를 최소화함으로써, 밝은 흑백 모드가 이루어질 수 있다. 이들에 대해 모든 변화를 가할 수 있음은 자명하다.As shown in FIG. 4A, the pixel 400 includes five subpixel elements 402, 404, 406, 408, each of which may reflect red, green, blue, and white, respectively. All subpixels may be black. Control of the brightness of each subpixel may be performed using pulse width modulation in connection with the technique disclosed in US Pat. No. 5,835,255. With the relative subpixel size properly selected, this produces a pixel in which a very large degree of control affects brightness and saturation. For example, by minimizing the overall brightness of the white subpixel, a color with high saturation can be achieved. Conversely, by minimizing the brightness of the color subpixels, a bright black and white mode can be achieved. It is obvious that all changes can be made to these.

컬러 방식의 사용자 제어Color user control

해상도, 그레이 스케일 깊이, 및 리프레시 레이트 (refresh rate) 의 관점에서 볼 때, IMod 기반 디스플레이의 고유 특성과 같은 전술한 컬러 방식은 디스플레이 성능에 유연성을 제공한다. 주어진 범위에서, 일반적인 특징에 대한 이와 같은 디스플레이 제어를 포함하는 제품을 사용자에게 부여하는 것이 유용하다. 다른 방법으로, 디스플레이는 다른 뷰잉 (viewing) 요구에 자동으로 적용되는 것이 바람직할 수 있다.In view of resolution, gray scale depth, and refresh rate, the aforementioned color schemes, such as the inherent characteristics of IMod based displays, provide flexibility in display performance. In a given range, it is useful to give a user a product that includes such display controls for general features. Alternatively, it may be desirable for the display to be automatically applied to other viewing needs.

예를 들면, 사용자는 몇몇 콘텍스트 (context), 텍스트만을 보는 경우, 백색 및 흑색 모드에서 제품을 이용하는 것을 원할 수도 있다. 그러나, 다른 상황으로, 사용자는 고품질 컬러 정지 화상을 보거나, 또는 라이브 비디오 (live video) 를 보기 위해 또 다른 모드를 원할 수도 있다. 이러한 모드는 각각 주어진 IMod 디스플레이 구성의 범위 내에서 잠재적인 반면, 특정 속성에서는 트레이드오프 (tradeoff) 가 필요하다. 트레이드오프는, 고해상 이미지를 필요로 하는 경우 낮은 리프레시 레이트의 필요성을 포함하고, 흑백만이 필요한 경우 높은 그레이 스케일 길이를 달성하는 능력이 필요하다.For example, a user may want to use the product in white and black modes when viewing only some context, text. However, in other situations, the user may want to see a high quality color still picture, or another mode to watch live video. Each of these modes is potential within the scope of a given IMod display configuration, while certain properties require a tradeoff. Tradeoffs include the need for a low refresh rate when high resolution images are required, and the ability to achieve high gray scale lengths when only black and white is needed.

사용자에게 이러한 종류의 요구 유연성을 부여하기 위해, 제어기 하드웨어가 몇몇 범위까지 재구성될 수 있다. 트레이드오프는 임의의 디스플레이가 특정량이 밴드폭만을 갖는 사실의 결과이며, 기본적으로 화소 소자의 응답 시간으로 제한되어, 주어진 시간에 표시될 수 있는 정보량을 결정한다.To give this kind of demanding flexibility to the user, the controller hardware can be reconfigured to some extent. The tradeoff is the result of the fact that any display has a certain amount of bandwidth only, and is basically limited by the response time of the pixel element to determine the amount of information that can be displayed at a given time.

이러한 유연성을 제공할 수 있는 디스플레이 구조물은 도 4b 에 도시되어 있다. 블록도에서, 제어기 로직 (412) 은 PLA (programmable logic device) 및 FPGA (field programmable logic device) 를 포함하는 다양한 IC 기술을 이용하여 실행되고, 공장을 떠난 이후에 구성요소의 기능성이 변경되거나 교환되도록 한다. 통상 디지털 신호 프로세싱 또는 이미지 압축과 같은 특별한 애플리케이션용으로 이용되는 이러한 장치는 이러한 프로세싱을 위한 고성능 필요성을 제공할 수 있고, 이러한 장치를 포함하는 제품의 설계 단계 동안 유연성을 제공할 수 있다.A display structure that can provide this flexibility is shown in FIG. 4B. In the block diagram, controller logic 412 is implemented using various IC technologies, including programmable logic devices (PLAs) and field programmable logic devices (FPGAs), to allow components to be changed or exchanged after leaving the factory. do. Such devices, typically used for special applications such as digital signal processing or image compression, may provide high performance needs for such processing and may provide flexibility during the design phase of products containing such devices.

제어기 (412) 는 디스플레이 (418) 어드레싱을 위해 신호와 데이터를 드라이버 전자장치 (414, 416) 에 제공한다. 통상의 제어기는 IC 또는 ASIC (application specific integrated circuit) 에 기초하며, 제조 시 그들의 설계에 의해 효과적으로 "프로그램" 될 수 있다. 이 경우, 프로그램이라는 용어는 복수개의 기본 구성요소와 더욱 높은 레벨의 로직 구성요소 (로직 게이트 및 로직 모듈 또는 게이트의 조립체) 를 포함하는 내부 칩 레이아웃을 의미한다. PLC 또는 FPGA 와 같은 필드 프로그램어블 장치를 이용하여, 상이한 디스플레이 구성이 메모리 또는 통상의 마이크로프로세서 및 메모리와 같은 구성요소 (410) 에서 디스플레이 제어기 구성요소에 애플리케이션 또는 "하드앱 (hardapp)" 형태로 로드될 수 있다. 메모리는 EEPROMS 또는 다른 재-프로그램어블 (reprogrammable) 저장 장치의 형상이 될 수 있으며, 마이크로프로세서는 일반적인 제품의 기능과 관련되는 프로세서에 의해 수행되지 않으면, 기능이 하드앱을 메모리에서 FPGA 로 로드하도록 되어 있는 간단한 마이크로콘트롤러의 형태가 될 수 있다. 이 방법은, 비교적 간단한 회로로 인해, 매우 다양한 다른 디스플레이 수행 구성 및 혼합된 디스플레이 스캔 레이트를 이들을 결합하는 포텐셜을 따라 달성 할 수 있기 때문에 바람직하다.Controller 412 provides signals and data to driver electronics 414 and 416 for addressing display 418. Conventional controllers are based on ICs or application specific integrated circuits (ASICs) and can be effectively "programmed" by their design at the time of manufacture. In this case, the term program means an internal chip layout comprising a plurality of basic components and higher level logic components (logic gates and logic modules or assemblies of gates). Using a field programmable device, such as a PLC or FPGA, different display configurations are loaded into an application or "hardapp" form into a display controller component in memory or components 410 such as conventional microprocessors and memory. Can be. The memory can be in the form of EEPROMS or other reprogrammable storage devices, and if the microprocessor is not performed by a processor that is involved in the functionality of a typical product, the function will cause the hard app to load from memory into the FPGA. It can be in the form of a simple microcontroller. This method is preferred because of the relatively simple circuitry, it is possible to achieve a wide variety of different display performance configurations and mixed display scan rates along the potential to combine them.

예를 들면, 스크린의 일부분은 저 해상도 텍스트 엔트리 영역으로 동작할 수 있고, 다른 부분은 들어오는 이메일의 고품질 표시를 제공한다. 이것은 디스플레이의 다른 세그먼트 (segment) 에 대한 스캔의 리프레시 레이트와 수 (#) 를 변화시킴으로써, 디스플레이의 전체 밴드폭 경계 내에서 수행된다. 저해상도 텍스트 영역은 신속하게 그리고 그레이 스케일 깊이의 1 또는 2 비트에 대응하여 1 번 또는 2 번만 스캔될 수 있다. 고 표시 이메일 영역은 신속하게 그리고 그레이스케일의 3 또는 5 비트에 대응하여 3 번 또는 5 번으로 스캔될 수 있다.For example, a portion of the screen may operate as a low resolution text entry area, while another portion provides a high quality representation of incoming email. This is done within the full bandwidth boundary of the display by varying the refresh rate and number (#) of scans for different segments of the display. Low resolution text areas can be scanned quickly and only once or twice, corresponding to one or two bits of gray scale depth. The high indication email area can be scanned 3 times or 5 times quickly and corresponding to 3 or 5 bits of grayscale.

구성가능한 전자 제품Configurable electronics

이 아이디어는 디스플레이 제어기의 기능성만 포함하는 것이 아니라 모든 제품의 기능성 또한 포함하도록 생성될 수 있다. 도 4c 는 그 중심에 프로그램어블 로직 장치 또는 기기를 갖는 일반적인 휴대용 전자 제품 (418) 의 구성을 나타낸다. PDA 및 전자 조직체와 같은 다양한 디스플레이 중심의 개인용 전자 제품에서, 중앙 프로세서는 감소된 명령 설정을 이용하는 RISC 프로세서의 변형이다. RISC 프로세서는 대부분의 개인용 컴퓨터를 강화시키는 보다 효과적인 CPU 버전을 갖지만, 이들은 여전히 메모리에서 명령을 검색하기 위해 반복적인 태스크를 수행하는 많은 에너지를 소모하는 범용 프로세서이다.This idea can be generated to include not only the functionality of the display controller but also the functionality of all products. 4C shows the configuration of a typical portable electronic product 418 having a programmable logic device or device at its center. In various display-oriented personal electronic products, such as PDAs and electronic organizations, the central processor is a variant of the RISC processor that uses reduced instruction settings. RISC processors have more effective CPU versions that power most personal computers, but they are still a general purpose processor that consumes a lot of energy performing repetitive tasks to retrieve instructions from memory.

개인용 컴퓨터에서, 전력 소모는 문제가 되지 않으며, 일반적으로 사용자는 많은 수의 복잡한 소프트웨어 애플리케이션을 동작시키기를 원한다. 그 반대는 일반적인 디스플레이 중심/개인용 전자 제품을 조정한다. 이들은 낮은 전력을 소모하는 것을 필요로 하고, 비교적 적은 수의 비교적 간단한 프로그램을 요청한다. 이러한 방식은 핸드앱에 따라 웹 브라우저, 달력 기능, 드로잉 프로그램, 전화/주소 데이터베이스, 및 다른 것들 중에서 필적/통화 인식을 포함할 수 있는 특정 목적 프로그램을 실행하는 것을 촉진시킨다. 특정 모드의 기능, 예를 들면 프로그램, 이 사용자에 의해 요청될 때, 중앙 프로세서가 적절한 핸드앱에 의해 인지되고, 사용자는 이 제품에 상호반응한다. 따라서, 핸드앱 프로세서인 FPGA 의 변형은 새로운 핸드앱이 로드될 때마다 재-배열되고 재-배선되는 내부 로직 및 커넥션으로 나타낸 핸드앱 (즉, 프로그램) 을 갖는다. 이러한 구성요소의 많은 공급자들은 또한 전문화된 프로그래밍 언어 (하드웨어 설명 언어) 를 적절한 프로세서로 형성하는 로직 표현으로 감소되도록 하는 애플리케이션 개발 시스템을 제공한다. 또한, 프로세서를 간단하게 하고 더욱 높은 레벨의 프로그램 언어를 이 형식으로 감소시키기 위한 다양한 노력이 이루어졌다. 이러한 프로세서를 실현하기 위한 하나의 방법은 Kouichi Nagami 등의 1998년 논문, Proc. IEEE Workshop on FPGA-based Costom Computing Machines, "Plastic Cell Architecture: Towards Reconfigurable Computing for General-Purpose " 에 상세하게 개시되어 있다.In personal computers, power consumption is not a problem, and users generally want to run a large number of complex software applications. The opposite is true for general display centric / personal electronics. They require low power consumption and require a relatively small number of relatively simple programs. This approach facilitates running specific purpose programs that may include handwriting / call recognition among web browsers, calendar functions, drawing programs, phone / address databases, and others, depending on the hand app. When a particular mode of function, for example a program, is requested by the user, the central processor is recognized by the appropriate handapp and the user interacts with the product. Thus, a variant of the FPGA, a handapp processor, has a handapp (ie a program) represented by internal logic and connections that are re-arranged and re-wired each time a new handapp is loaded. Many suppliers of these components also provide application development systems that allow a specialized programming language (hardware description language) to be reduced to the logical representation that forms the appropriate processor. In addition, various efforts have been made to simplify the processor and reduce higher level programming languages to this format. One method for realizing such a processor is described in Kouichi Nagami et al. 1998 paper, Proc. IEEE Workshop on FPGA-based Costom Computing Machines, "Plastic Cell Architecture: Towards Reconfigurable Computing for General-Purpose".

도 4c 를 다시 참조하면, 하드앱 프로세서 (hardapp processor; 420) 는 현재 로드되는 하드앱의 특성 및 기능에 기초하여 이용하고 변형하고 또는 승인하지 않는 주변장치와 I/O 장치의 집합 중심에 도시되어 있다. 하드앱은 제품에 존재하는 메모리 (422) 로부터, 또는, 특정 하드앱 애플리케이션에 대한 콘텐츠를 따라, 인터넷, 셀룰라 네트워크, 또는 다른 전자 장치로부터 하드앱을 끌어낼 수 있는 RF 또는 IR 인터페이스 (424) 를 통해 외부 소스로부터 로드될 수 있다. 하드앱의 다른 예는 오디오 인터페이스 (432) 에 대한 음성 인식 또는 통화 합성 알고리즘, 펜 입력 (426) 에 대한 필적 인식, 및 이미지 입력 장치 (430) 에 대한 이미지 압축 및 프로세싱 모드를 포함한다. 이러한 제품은 주요 구성요소, 주요 사용자 인터페이스 디스플레이 및 인식가능한 중앙 프로세서에 의해 막대한 기능을 수행할 수 있다. 이러한 장치의 총 전력 소모량은 기존의 제품에 의해 소모되는 수백 밀리와트에 비해 수십 밀리와트 단위가 될 수 있다.Referring again to FIG. 4C, a hardapp processor 420 is depicted in the center of a collection of peripherals and I / O devices that are not used, modified, or approved based on the characteristics and capabilities of the currently loaded hard app. have. The hard app can be pulled from the memory 422 present in the product, or via an RF or IR interface 424 that can pull the hard app from the Internet, cellular network, or other electronic device along with content for a particular hard app application. Can be loaded from an external source. Other examples of hard apps include speech recognition or call synthesis algorithms for audio interface 432, handwriting recognition for pen input 426, and image compression and processing modes for image input device 430. These products can perform enormous functions by key components, key user interface displays and recognizable central processors. The total power consumption of these devices can be in the tens of milliwatts compared to the hundreds of milliwatts consumed by conventional products.

광학적 양태로부터의 디커플링 전기기계적 양태Decoupling Electromechanical Aspects from Optical Aspects

1996년 12월 19일자 미국특허출원 제 08/769,947 호 및 1998년 4월 4일자 미국특허출원 제 09/056,975 호는 여기에 참조로서 포함되며, 그 광학적 성능으로부터의 IMod 의 전기기계적 성능을 디커플링하는 것을 목적으로 하는 IMod 설계를 개시한다. 이것이 수행될 수 있는 다른 방법은 도 5a 및 도 5b 에 도시되어 있다. 이 설계는 간섭 캐비티의 형태를 변경하기 위해 전자기력을 이용한다. 전극 (502) 은 기판 (500) 상에 제조되고, 절연막 (504) 에 의해 멤브레인/미러 (506) 와 전기적으로 분리된다. 전극 (502) 은 전극으로만 기능하며 미러로 기능하지 않는다.US patent application Ser. No. 08 / 769,947 dated Dec. 19, 1996 and US patent application Ser. No. 09 / 056,975 dated April 4, 1998 are incorporated herein by reference, which decouples the electromechanical performance of IMod from its optical performance. Disclosed is an IMod design aiming at the purpose. Another way this can be done is shown in FIGS. 5A and 5B. This design uses electromagnetic force to change the shape of the interference cavity. Electrode 502 is fabricated on substrate 500 and is electrically separated from membrane / mirror 506 by insulating film 504. The electrode 502 functions only as an electrode and not as a mirror.

광학적 캐비티 (505) 는 멤브레인/미러 (506) 및 제 2 미러 (508) 사이에 형성된다. 제 2 미러 (508) 에 대한 지지물은 SU-8, 폴리이미드, 무기 재료와 같은 두껍게 증차된 유기물이 될 수 있는 투명한 상부구조물 (superstructure; 510) 로 제공된다. 전압이 인가되지 않으면, 멤브레인/미러 (506) 는, 제조 시 증착된 희생층의 두께에 의해 결정됨에 따라 제 2 미러 (508) 와 비교하여, 도 5a 에 나타낸 특정 위치를 유지한다. 약 4 V 의 동작 전압용으로는, 수천 Å 의 두께가 적절하게 된다. 제 2 미러가 크롬과 같은 적합한 재료 및 알루미늄과 같은 반사 재료로 이루어지는 미러/멤브레인으로 이루어지는 경우, 이 구조물은 관측자에 의해 인식될 수 있는 특정 주파수의 광 (511) 을 반사할 것이다. 특히, 크롬이 약 40 Å 으로 반투명이 될 수 있도록 충분히 얇고 알루미늄이 불투명하도록 500 Å 이상으로 충분히 두꺼운 경우, 이 구조물은 매우 다양한 광학적 응답을 가질 수 있다. 도 5c 및 도 5d 는 흑백 응답 및 컬러 응답의 예를 각각 나타내며, 모두 캐비티 길이 및 조성층의 두께에 의해 결정된다.An optical cavity 505 is formed between the membrane / mirror 506 and the second mirror 508. The support for the second mirror 508 is provided with a transparent superstructure 510 that can be a thickened organic material such as SU-8, polyimide, inorganic material. If no voltage is applied, the membrane / mirror 506 maintains the particular position shown in FIG. 5A as compared to the second mirror 508 as determined by the thickness of the sacrificial layer deposited at the time of manufacture. For operating voltages of about 4 V, a thickness of several thousand kilowatts is appropriate. If the second mirror consists of a mirror / membrane made of a suitable material such as chromium and a reflective material such as aluminum, the structure will reflect light 511 of a particular frequency that can be perceived by the viewer. In particular, if the chromium is thin enough to be translucent to about 40 GPa and thick enough to be more than 500 GPa to make aluminum opaque, the structure can have a wide variety of optical responses. 5C and 5D show examples of black and white responses and color responses, respectively, both determined by the cavity length and the thickness of the composition layer.

도 5b 는 제 1 전극 (primary electrode; 502) 과 멤브레인 미러 (506) 사이에 인가되는 전압의 결과를 나타낸다. 멤브레인/미러는 수직으로 치환되어, 광학적 캐비티의 길이와 IMod 광학 특성을 변경시킨다. 도 5c 는 장치가 모두 동작될 때의 흑색 상태 (521) 및 장치가 동작하지 않을 때의 백색 상태 (523) 를 나타내는 2 가지 상태가 가능한 반사형 광학 응답의 종류를 나타낸다. 도 5d 는 청, 녹, 적 컬러에 각각 대응하는 컬러 피크 (525, 527, 529) 를 갖는 광학적 응답을 나타낸다. 따라서, 장치의 전기기계적 동작은 광학적 동작에 대해 독립적으로 제어될 수 있다. 전기기계에 영향을 주는 제 1 전극의 재료와 구성은, 이들이 IMod 의 광학적 성능의 역할을 하지 않기 때문에, 제 2 미러를 포함하는 재료와 무관하게 선택될 수 있다. 설계는 표면 마이크로가공 (surface micromachining) 프로세서 및 기술, 예를 들면, 1996년 7월 31일자 출원되고 여기에 참조로서 포함되는 미국 특허 제 08/688,710 호에 개시되어 있는 것을 이용하여 제조될 수 있다.5B shows the result of the voltage applied between the primary electrode 502 and the membrane mirror 506. The membrane / mirror is displaced vertically, changing the length of the optical cavity and the IMod optical properties. FIG. 5C shows the kind of reflective optical response that is possible in two states, representing the black state 521 when both the device is in operation and the white state 523 when the device is not in operation. 5D shows the optical response with color peaks 525, 527, 529 corresponding to blue, green, and red colors, respectively. Thus, the electromechanical operation of the device can be controlled independently of the optical operation. The material and configuration of the first electrode which affects the electromechanical can be selected independently of the material comprising the second mirror since they do not play a role in the optical performance of the IMod. Designs can be made using surface micromachining processors and techniques, such as those disclosed in US Pat. No. 08 / 688,710, filed Jul. 31, 1996, and incorporated herein by reference.

다른 예로서, 도 6a 에 나타낸 바와 같이, IMod (606) 지지 구조물 (support structure) 는 멤브레인/미러 (608) 에 의해 숨겨지도록 위치될 수 있다. 이러한 방법으로, 관측자가 결합된 IMod들 사이의 최소 공간 및 멤브레인/미러에 의해 커버된 영역만을 보기 때문에, 동작하지 않는 영역의 양이 효과적으로 감소된다. 이는 멤브레인 지지물이 컬러의 관점에서, 비활동 및 비동작 영역을 구성하고 가시적인 도 5a 의 구조물과 다르다. 도 6b 는 동작 상태의 동일한 구조물을 나타낸다.As another example, as shown in FIG. 6A, the IMod 606 support structure can be positioned to be hidden by the membrane / mirror 608. In this way, since the observer sees only the minimum space between the combined IMods and the area covered by the membrane / mirror, the amount of inactive area is effectively reduced. This differs from the structure of FIG. 5A where the membrane support constitutes inactive and inactive regions in terms of color and is visible. 6B shows the same structure in the operating state.

도 7a 는 IMod 구조물에 이용되는 또 다른 기하학적 구성을 나타낸다. 이 설계는 미국특허 5,638,084 에 나타낸 것과 동일하다. 그 설계는 컬드 (curled) 상태로 존재하도록 등방성으로 스트레스가 인가되는 불투명 플라스틱 멤브레인에 의존하였다. 전압의 인가는 MEMS-기반 광 셔터 (light shutter) 를 제공하기 위해 멤브레인을 평평하게 한다.7A illustrates another geometric configuration used for the IMod structure. This design is identical to that shown in US Pat. No. 5,638,084. The design relied on an opaque plastic membrane that isotropically stressed to remain in the curled state. The application of voltage flattens the membrane to provide a MEMS-based light shutter.

장치의 기능성은 이를 간섭하게 함으로써 개선될 수 있다. 1996년 7월 31일자 출원되고 여기에 참조로서 포함되는 미국특허출원 제 08/688,710 호에 개시되어 있는 박막 스택 (704) 이 절연체/전도체/절연체 스택으로 이루어진 도 7a 에 IMod 변화를 나타낸다.The functionality of the device can be improved by making it interfere. The thin film stack 704 disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 688,710, filed Jul. 31, 1996, incorporated herein by reference, shows the IMod change in FIG. 7A, which consists of an insulator / conductor / insulator stack.

알루미늄 멤브레인 (702) 과 스택 (704) 사이의 전압 인가는 멤브레인 (702) 이 스택에 대해 평평하게 위치되도록 한다. 제조시, 알루미늄 (702) 은 다른 반사 금속 (은, 구리, 니켈), 또는 반사 금속에 의해 상부가 피복되는 절연체 또는 유기 재료를 포함할 수 있고, 습식 에칭 또는 가스 상태 (gas phase) 릴리스 기술에 의해 얇은 희생층 상에 증착되어 릴리스될 수 있다. 알루미늄 멤브레인 (702) 은 광학적 스택 (704) 상에 직접 증착되는 지지 탭 (716) 에 의해 기판에서 기계적으로 더욱 안정화된다. 이로 인해, 탭 및 스택이 오버랩되는 영역에 입사된 광은 흡수되어, 기계적으로 동작하지 않는 영역 및 광학적으로 동작하지 않는 영역이 되도록 한다. 이 기술은 이 설계 및 IMod 설계에서 별도의 흑색 마스크에 대한 필요성을 제거한다.Voltage application between the aluminum membrane 702 and the stack 704 causes the membrane 702 to be positioned flat relative to the stack. In manufacturing, aluminum 702 may comprise other reflective metals (silver, copper, nickel), or an insulator or organic material topped by a reflective metal, and may be used in wet etching or gas phase release techniques. By being deposited on the thin sacrificial layer. The aluminum membrane 702 is further stabilized mechanically in the substrate by the support tabs 716 deposited directly on the optical stack 704. As a result, the light incident on the region where the tabs and the stack overlap is absorbed so as to be a region that does not operate mechanically and that does not operate optically. This technique eliminates the need for separate black masks in this and IMod designs.

입사광 (706) 은 스택의 층의 간격에 따라 반사되는, 완전하게 흡수되거나 또는 특정한 주파수의 광 (708) 이다. 광학적 작용은 1996년 7월 31일자 출원되고 여기에 참조로서 포함되는 미국특허출원 제 08/688,710 호에 개시된 유도형 흡수기 IMod 와 같다.Incident light 706 is light 708 that is either completely absorbed or of a particular frequency, reflected according to the spacing of the layers of the stack. The optical action is the same as the inductive absorber IMod disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 688,710, filed Jul. 31, 1996 and incorporated herein by reference.

도 7b 는 전압이 인가되지 않은 장치 구성을 나타낸다. 멤브레인 내의 잔류 스트레스는 감겨진 코일로 타이트하게 컬업 (curl up) 되도록 유도한다. 잔류 스트레스는 매우 높은 잔류 신장 스트레스 (residual tensile stress) 를 갖는 멤브레인 상부 상에 재료의 박막층 (718) 증착에 의해 부여될 수 있다. 크롬은 수백 Å 만큼 낮은 막두께에 의해 높은 스트레스를 달성할 수 있는 하나의 예이다. 멤브레인이 더이상 이 경로를 방해하지 않기 때문에, 광 빔 (706) 은 스택 (704) 을 통과하게 되고 플레이트 (710) 와 교차하게 된다. 플레이트 (710) 는 고 흡수형 또는 고 반사형 (의 특정 컬러 또는 백색) 으로 존재한다. 반사형 디스플레이에 이용되는 변조기에 대해, 광학적 스택 (704) 은 장치가 동작될 때 특정 컬러를 반사하거나 (플레이트 (710) 가 흡수형인 경우) 또는 흡수하도록 (플레이트 (710) 가 반사형인 경우) 설계된다.7B shows the device configuration in which no voltage is applied. Residual stress in the membrane induces tight curl up into the wound coil. Residual stress can be imparted by depositing a thin film layer 718 of material on the membrane top with very high residual tensile stress. Chromium is one example of achieving high stresses with film thicknesses as low as hundreds of microwatts. Since the membrane no longer interferes with this path, light beam 706 passes through stack 704 and intersects with plate 710. Plate 710 is in a high absorption or high reflection (of a particular color or white). For modulators used in reflective displays, the optical stack 704 is designed to reflect (if plate 710 is absorbent) or to absorb (if plate 710 is reflective) when the device is operated. do.

회전 동작Rotational motion

도 8a 에 나타낸 바와 같이, IMod 형태는 회전 동작에 의존한다. 1996년 7월 31일자 출원되고 여기에 참조로서 포함되는 미국특허출원 제 08/688,710 호에 개시된 프로세스를 이용하여, 약 1000 Å 두께를 갖는 알루미늄막인 전극 (802) 이 기판 (800) 상에 제조된다. 지지 포스트 (support post; 808) 및 회전 힌지 (hinge, 810) 상에 일 세트의 반사막 (813) 이 증착되었던 지지 셔터 (812) 가 위치한다. 지지 셔터는 수천 Å 두께의 알루미늄막이 될 수도 있다. X-Y 치수는 수십 마이크론 내지 수백 마이크론이 될 수 있다. 막은 간섭성을 가질 수 있고 특정 컬러를 반사하도록 설계될 수 있다. 1996년 7월 31일자 출원되고 여기에 참조로서 포함되는 미국특허 제 08/688,710 호에 개시된 유도형 흡수기의 형태의 고정된 간섭 스택이면 충분하다. 또한, 이들은 컬러 색소가 주입된 중합체를 포함할 수 있고, 광대역 반사를 제공하기 위해 알루미늄이나 은이 될 수도 있다. 전극 (802) 및 셔터 (shutter; 812) 는 둘 사이의 전압의 인가가 셔터(812) 로 하여금 힌지의 축에 대해 부분 또는 전체 회전을 유발하도록 설계될 수 있다. 비록 주어진 화소에 대한 모든 셔터가 공통 버스 전극 (804) 상의 신호에 의해 동일하게 구동되더라도 셔터 (818) 만을 회전 상태로 도시되어 있다. 만약 힌지 및 전극 거리가 전극의 정전기적 인력이 힌지의 스프링 장력을 회전 시 몇몇 포인트에서 극복하도록 설계되는 경우, 이러한 셔터는 전기기계적 히스테리시스의 형상으로 나타낼 수 있다. 따라서, 셔터는 2 개의 전기기계적으로 안정한 상태를 가질 수 있다.As shown in FIG. 8A, the IMod type depends on the rotational motion. Using a process disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 688,710, filed on July 31, 1996 and incorporated herein by reference, an electrode 802, which is an aluminum film having a thickness of about 1000 mm 3, is fabricated on substrate 800. do. There is a support shutter 812 on which a set of reflective films 813 have been deposited on a support post 808 and a rotating hinge 810. The support shutter may be an aluminum film of several thousand millimeters in thickness. X-Y dimensions can range from tens of microns to hundreds of microns. The film can be coherent and can be designed to reflect a particular color. A fixed interference stack in the form of an inductive absorber disclosed in U.S. Patent No. 08 / 688,710, filed on July 31, 1996 and incorporated herein by reference is sufficient. They may also include polymers infused with color pigments and may be aluminum or silver to provide broadband reflections. The electrode 802 and shutter 812 can be designed such that the application of a voltage between the two causes the shutter 812 to cause partial or full rotation about the axis of the hinge. Although all shutters for a given pixel are driven equally by the signal on the common bus electrode 804, only the shutter 818 is shown in rotation. If the hinge and electrode distance are designed such that the electrostatic attraction of the electrode overcomes the spring tension of the hinge at some point in rotation, this shutter can be represented in the form of electromechanical hysteresis. Thus, the shutter can have two electromechanically stable states.

동작의 전달 모드에서, 셔터는 입사광을 차단하거나 통과하도록 한다. 도 8a 는 입사광 (822) 이 관측자 (820) 에 역으로 반사되는 반사형 모드를 나타낸다. 이 모드에서, 그리고 하나의 상태에서, 셔터는, 금속이라면 백색광을 반사하고, 또는, 간섭막 또는 색소로 코팅된다면 특정 컬러 또는 컬러의 세트를 반사한다. 간섭형 스택에 대해 나타난 두께 및 컬러는 1996년 7월 31일자 출원되어 여기에 참조로서 포함되는 미국특허출원 제 08/688,710 호에 개시되어 있다. 다른 상태로, 셔터의 반대면이 흡수막 또는 막들 (722) 로 코팅되는 경우, 광은 기판 (800) 을 통과하거나 흡수되도록 이루어진다. 이러한 막들은 유기막이 주입되는 다른 색소, 또는 흡수하도록 설계되는 유도형 흡수기 스택을 포함할 수 있다. 역으로, 셔터는, 예를 들면, 흑색에 대한 높은 흡수성을 가질 수 있고, 기판 (800) 의 반대면은 높은 반사막 (824) 으로 코팅되거나 전술한 바와 같이 컬러 반사막의 라인을 따라 컬러를 반사하기 위한 색소 또는 간섭막이 선택적으로 코팅될 수 있다.In the transfer mode of operation, the shutter blocks or passes incident light. 8A shows a reflective mode in which incident light 822 is reflected back to the observer 820. In this mode, and in one state, the shutter reflects white light if it is metal, or a specific color or set of colors if coated with an interfering film or pigment. The thicknesses and colors shown for the interfering stacks are disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 688,710, filed Jul. 31, 1996, incorporated herein by reference. In another state, when the opposite side of the shutter is coated with the absorbing film or films 722, the light is made to pass through or absorb the substrate 800. Such films may include other pigments into which the organic film is implanted, or inductive absorber stacks designed to absorb. Conversely, the shutter may, for example, have a high absorbance for black, and the opposite side of the substrate 800 may be coated with a high reflecting film 824 or to reflect color along the lines of the color reflecting film as described above. Dye or interference film may be optionally coated.

보조 전극 (814) 과 셔터 (812) 사이에 정전기적 인력을 유도하는 포텐셜로 하전하였을 때 셔터에 대해 추가적인 토크 (torque) 를 제공하는, 보조 전극 (814) 을 추가함으로써 장치의 동작을 더욱 개선할 수 있다. 보조 전극 (814) 은 도전체 (812) 와 지지 구조물 (816) 의 조합을 포함한다. 이 전극은 약 1000 Å 두께가 될 수 있는 ITO 와 같은 투명 도전체를 포함할 수 있다. 모든 구조물 및 결합된 전극은 단일 기판 상에 증착되는 재료로부터 가공, 즉 모놀리식으로 가공되고, 따라서, 전극 갭 공간에 대한 우수한 제어로 인해 용이하게 증착되고 신뢰성있게 동작된다. 예를 들면, 이러한 전극이 반대 기판 상에 탑재되면, 장치 기판과 반대 기판 모두의 표면의 편차들이 합해져서 수 마이크론 이상의 이탈을 생성할 수 있다. 따라서, 작용 시 특정 변화에 영향을 주는 것을 요구하는 전압은 수십 볼트 이상으로 변경될 수 있다. 모놀리식인 구조물들은 기판 표면 변화를 정확하게 따르며, 이러한 편차를 거의 없도록 한다.The addition of the auxiliary electrode 814, which provides additional torque to the shutter when charged with a potential to induce electrostatic attraction between the auxiliary electrode 814 and the shutter 812, will further improve the operation of the device. Can be. The auxiliary electrode 814 includes a combination of the conductor 812 and the support structure 816. This electrode may include a transparent conductor, such as ITO, which may be about 1000 mm 3 thick. All structures and bonded electrodes are processed, ie monolithically, from a material deposited on a single substrate, and thus are easily deposited and reliably operated due to good control over electrode gap space. For example, if such an electrode is mounted on an opposite substrate, the deviations of the surface of both the device substrate and the opposite substrate can add up to produce a deviation of several microns or more. Thus, the voltage required to affect a particular change in action can be changed to a few tens of volts or more. Monolithic structures accurately follow the substrate surface changes and make this variation very few.

도 8b 의 단계 1 내지 7 는 회전 변조기에 대한 제조 시퀀스를 나타낸다. 단계 1 에서, 기판 (830) 은 전극 (832) 과 절연체 (834) 로 코팅되었다. 통상의 전극 및 절연체 재료는 알루미늄 및 실리콘 디옥사이드이며, 각각 수천 Å 으로 이루어진다. 이들은 단계 2 에서 패턴화된다. 희생 스페이서 (836) 은 실리콘과 같은 재료로 수 마이크론 두께로 증착되며, 단계 3 에서 패턴화되며, 단계 4 에서 포스트/힌지/셔터 재료 (838) 로 코팅되었다. 이는 약 1000 Å 두께의 알루미늄 합금 또는 티타늄/텅스텐 합금이 될 수 있다. 단계 5 에서, 재료 (838) 는 패턴화되어 버스 전극 (844), 지지 포스트 (840) 및 셔터 (842) 를 형성하였다. 단계 6 에서, 셔터 반사기 (846) 가 증착되고 패턴화되었다. 단계 7 에서, 희생 스페이서가 에칭되어 완전한 구조물을 획득하였다. 또한, 단계 7 은 지지 포스트 (848), 토션 암 (torsion arm; 850) 및 셔터 (852) 를 포함하는 힌지를 상세하게 나타낸다.Steps 1 to 7 of FIG. 8B show the manufacturing sequence for the rotation modulator. In step 1, the substrate 830 was coated with an electrode 832 and an insulator 834. Typical electrode and insulator materials are aluminum and silicon dioxide, each consisting of thousands of kilowatts. These are patterned in step 2. The sacrificial spacers 836 were deposited several microns thick with a material such as silicon, patterned in step 3, and coated with post / hinge / shutter material 838 in step 4. It may be an aluminum alloy or titanium / tungsten alloy of about 1000 mm thick. In step 5, material 838 was patterned to form bus electrode 844, support post 840, and shutter 842. In step 6, shutter reflector 846 was deposited and patterned. In step 7, the sacrificial spacers were etched to obtain complete structures. Step 7 also shows in detail the hinge comprising a support post 848, a torsion arm 850 and a shutter 852.

스위칭 소자Switching element

바이너리 장치인 IMod 에 대해, 디스플레이를 어드레스 하기 위해 작은 수의 전압 레벨이 필요하다. 드라이버 전자장치는 그레이스케일 동작을 달성하기 위해 필요한 아날로그 신호를 생성할 필요가 없다.For the binary device IMod, a small number of voltage levels are needed to address the display. The driver electronics do not need to generate the analog signals needed to achieve grayscale operation.

따라서, 전자장치는 1996년 12월 19일자 출원되어 여기에 참조로서 포함되는 미국특허출원 제 08/769,947 호와 같은 다른 수단을 이용하여 실행될 수 있다. 특히, 드라이브 전자장치 및 로직 기능은 MEMS 에 기초하는 스위치 소자를 이용하여 구현될 수 있다.Thus, the electronic device can be implemented using other means such as US patent application Ser. No. 08 / 769,947, filed December 19, 1996, incorporated herein by reference. In particular, drive electronics and logic functions may be implemented using switch elements based on MEMS.

도 9a 내지 도 9e 는 개념을 나타낸다. 도 9a 는 제어 신호 (902) 의 인가에 의해 출력 (904) 과의 접속을 갖는 입력 (900) 을 갖는 기본적인 스위치 빌딩 블록의 도면이다. 도 9b 는 로우 드라이버 (row driver) 가 실행되는 방법을 나타낸다. 전술한 어드레싱 방식에 대한 로우 드라이버는 3개 전압 레벨의 출력을 필요로 한다. 적정한 제어 신호의 로우 전극으로의 인가는 입력 전압 레벨 중 하나가 출력 (903) 에 대해 선택되도록 한다. 입력 전압은 도면에서 906, 908 및 910 에 대응하는 Vcol1, Vcol0및 Vbias이다. 유사하게, 도 9c 에 나타낸 컬럼 드라이버에 대해, 적절한 제어 신호는 출력 (920) 으로의 전달을 위한 하나 이상의 입력 전압의 선택을 유발한다. 입력 전압은 도면에서 914, 916 및 918 에 대응하는 VselF1, VselF0, 및 그라운드이다. 도 9d 는 NAND 게이트에서 기본적인 스위칭 빌딩 블록 (934, 936, 938 및 940) 을 이용하여 로직 장치 (932) 가 구현될 수 있는 방법을 나타낸다. 이러한 구성요소 모두는 도 9e 에 나타낸 디스플레이 서브시스템의 제조를 허용하는 방법으로 구성될 수 있고 결합될 수 있다. 서브시스템은 콘트롤러 로직 (926), 로우 드라이버 (924), 컬럼 드라이버 (928) 및 디스플레이 어레이 (930) 을 포함하고 도 3 에서 전술한 바와 같은 어드레싱 방식을 이용한다.9A-9E illustrate the concept. 9A is a diagram of a basic switch building block having an input 900 having a connection with an output 904 by application of a control signal 902. 9B illustrates how a row driver is executed. The row driver for the above addressing scheme requires an output of three voltage levels. Application of the appropriate control signal to the row electrode causes one of the input voltage levels to be selected for output 903. The input voltages are V col1 , V col0 and V bias corresponding to 906, 908 and 910 in the figure. Similarly, for the column driver shown in FIG. 9C, the appropriate control signal causes the selection of one or more input voltages for delivery to the output 920. The input voltages are VselF1, VselF0, and ground that correspond to 914, 916, and 918 in the figure. 9D illustrates how logic device 932 can be implemented using basic switching building blocks 934, 936, 938, and 940 in a NAND gate. All of these components can be configured and combined in a manner that allows for the fabrication of the display subsystem shown in FIG. 9E. The subsystem includes controller logic 926, row driver 924, column driver 928 and display array 930 and employs an addressing scheme as described above in FIG. 3.

MEMS 장치와 같은 스위치 소자의 제조는 단일 프로세스를 이용하여 전체 디스플레이 시스템을 제조할 수 있도록 한다. 스위치 제조 프로세스는 IMod 제조 프로세스의 서브프로세스가 되고 도 10a 에 나타나 있다.The manufacture of switch elements, such as MEMS devices, makes it possible to manufacture an entire display system using a single process. The switch manufacturing process becomes a subprocess of the IMod manufacturing process and is shown in FIG. 10A.

단계 1 은 초기 상태의 측면도와 평면도를 모두 나타낸다. 화살표 (1004) 는 측면도를 바라보는 방향을 나타낸다. 기판 (1000) 는 2000 Å 두께로 증착되고 그 상부에서 패턴화된 희생 스페이서 (1002) 를 가졌다. 단계 2 에서, 구조적 재료가 수 마이크론 두께의 알루미늄 합금으로 증착되고 패턴화되어, 소스빔 (1010), 드레인 구조물 (1008) 및 게이트 구조물 (1006) 을 형성하였다. 수백 Å 의 금, 이리듐, 또는 백금과 같은 부식되지 않는 금속은 스위치 수명을 통해 낮은 접촉 저항을 유지하기 위하여, 이 지점에서 구조적 재료 상에 도금될 수 있다. 노치 (1012) 는 소스 빔 (1010) 에서 에칭되어 면에서의 빔의 이동이 기판의 것과 평행하게 되도록 하였다. 단계 3 및 단계 4 에서 도면을 바라보는 방향은 전방과 상방의 방향으로 상이하다. 화살표 (1016) 는 전방의 측면에서 본 방향을 나타낸다. 단계 3 에서, 희생 재료는 에칭되어 소스빔 (1010) 이 동작하지 않고 이동하기 자유롭게 하였다.Step 1 shows both a side view and a top view of the initial state. Arrow 1004 indicates the direction of looking at the side view. Substrate 1000 was deposited to be 2000 mm thick and had a sacrificial spacer 1002 patterned thereon. In step 2, the structural material was deposited and patterned into a few micron thick aluminum alloy to form a source beam 1010, a drain structure 1008 and a gate structure 1006. Hundreds of milliseconds of non-corrosive metals such as gold, iridium, or platinum may be plated onto the structural material at this point in order to maintain low contact resistance throughout the switch life. Notches 1012 were etched in the source beam 1010 so that the movement of the beam in the plane was parallel to that of the substrate. The directions facing the drawings in steps 3 and 4 are different in the forward and upward directions. Arrow 1016 indicates the direction seen from the front side. In step 3, the sacrificial material was etched to free the source beam 1010 to move without operation.

전압이 소스 빔과 게이트 구조물 사이에 인가될 때, 소스빔 (1010) 은 드레인 (1008) 과 접촉될 때까지 게이트 (1006) 를 향해 반사됨으로써, 소스와 드레인 사이의 전기적 콘택을 달성한다. 동작의 모드는 기판의 표면과 평행하여, 주요 IMod 제조 프로세스와 호환성을 갖는 제조 프로세스를 허용한다. 또한, 이 프로세스는 기판 표면과 수직한 방향으로 동작하는 스위치를 제조하기 위해 이용되는 것보다 더욱 적은 수의 단계를 필요로 한다.When a voltage is applied between the source beam and the gate structure, the source beam 1010 is reflected toward the gate 1006 until it is in contact with the drain 1008, thereby achieving an electrical contact between the source and the drain. The mode of operation allows the manufacturing process to be compatible with the main IMod manufacturing process, parallel to the surface of the substrate. In addition, this process requires fewer steps than those used to fabricate a switch that operates in a direction perpendicular to the substrate surface.

도 10b 및 도 10c 는 평면형 MEM 스위치에 대한 2 가지의 다른 설계를 나타낸다. 도 10b 에서의 스위치는 스위치빔 (1028) 이 드레인 (1024) 과 소스 (1026) 사이의 접촉을 제공하기 위해 제공된다는 점에서 다르다. 도 10a 의 스위치에서, 소스빔을 통해 드레인으로 흘러야 하는 전류는 스위칭 임계값에 영향을 줌으로서 회로 설계를 복잡하게 한다. 이는 스위치 (1020) 를 갖는 경우가 아니다. 도 10c 의 스위치는 더욱 향상된 것을 나타낸다. 이 경우, 절연체 (1040) 는 스위치빔 (1042) 을 접속빔 (1038) 으로부터 전기적으로 분리시킨다. 이 절연체는 통상의 기술을 이용하여 위치될 수 있고 패턴화될 수 있는 SiO2와 같은 재료가 될 수 있다. 이러한 스위치의 이용은 이러한 스위치를 갖는 회로에서 스위치 구동 전압을 로직 신호에서 전기적으로 분리할 필요성을 제거한다.10B and 10C show two different designs for planar MEM switches. The switch in FIG. 10B differs in that the switch beam 1028 is provided to provide contact between the drain 1024 and the source 1026. In the switch of FIG. 10A, the current that must flow through the source beam to the drain complicates the circuit design by affecting the switching threshold. This is not the case with the switch 1020. The switch of FIG. 10C shows a further improvement. In this case, the insulator 1040 electrically separates the switch beam 1042 from the connection beam 1038. This insulator can be a material, such as SiO 2 , which can be positioned and patterned using conventional techniques. The use of such a switch eliminates the need to electrically isolate the switch drive voltage from the logic signal in a circuit having such a switch.

다차원 포토닉 구조물Multidimensional Photonic Structure

일반적으로, IMod 는 광학적 특성을 갖고 그 자체, 또는 다른 전기적, 기계적 또는 광학적 소자에 대한 동작 수단에 의해 이동가능한 소자를 특징으로 한다.In general, IMod features an element that has optical properties and is movable by itself or by means of operation with respect to other electrical, mechanical or optical elements.

간섭 스택을 생성하기 위한 박막의 조립체는 다차원 포토닉 구조물이라 칭하는 구조물의 더욱 큰 분류의 부분집합이다. 넓게는, 구조물의 굴절율의 형태 및 결합된 변화로 인해 전자기파의 전달을 변화시키는 능력을 갖는 것으로 포토닉 구조물을 정의한다. 이러한 구조물은 하나 이상의 축을 따라 우선적으로 광과 상호작용하기 때문에 치수비 (dimensional aspect) 를 갖는다. 또한, 다차원의 구조물을 PBG 또는 포토닉 크리스탈 (Photonic Crystal) 이라 하였다. John D. Joannopoulos 등에 의한 텍스트, "Photonic Crystals" 에서는 주기적인 포토닉 구조물을 설명한다.The assembly of thin films to create an interference stack is a subset of a larger class of structures called multidimensional photonic structures. Broadly, photonic structures are defined as having the ability to change the transmission of electromagnetic waves due to the shape and combined change in refractive index of the structure. Such structures have a dimensional aspect because they preferentially interact with light along one or more axes. Multidimensional structures were also called PBG or Photonic Crystal. The text by John D. Joannopoulos et al., "Photonic Crystals," describes periodic photonic structures.

1-차원 PBG 는 박막 스택에서 발생할 수 있다. 예로서, 도 16 은 절연체 패브리-페롯 필터의 형상으로 IMod 의 제조 및 최종 제품을 나타낸다. 박막 스택 (1614, 1618) 은 각각 1/4 파 두께로 실리콘 및 실리콘 디옥사이드층이 교대로 배열되고, 중심 캐비티 (1616) 을 포함하는 IMod 구조물을 형성하도록 기판 상에 제조되었다. 일반적으로, 이 스택은 X 및 Y 방향으로 연속이지만, 길이 및 낮은 굴절율을 갖는 층이 교차하여 구성됨에 따른 재료의 굴절율의 편차로 인해 Z 방향의 광학적 관념으로 주기성을 갖는다. 이 구조물은 주기성의 영향이, Z-축의 경우 한 축에 따른 파 전달에 대해 최대화되기 때문에 1-차원으로 고려될 수 있다.One-dimensional PBG can occur in thin film stacks. By way of example, FIG. 16 shows the preparation and final product of IMod in the form of an insulator Fabry-Perot filter. The thin film stacks 1614 and 1618 were fabricated on the substrate to form an IMod structure comprising alternating layers of silicon and silicon dioxide, each quarter wave thick, and comprising a central cavity 1616. In general, the stack is continuous in the X and Y directions, but is periodic in the optical conception of the Z direction due to variations in the refractive index of the material as the layers with lengths and low refractive indices intersect. This structure can be considered one-dimensional because the influence of periodicity is maximized for wave propagation along one axis in the case of the Z-axis.

도 11a 및 도 11b 는 2차원 포토닉 구조물의 2가지 표현을 나타낸다. 도 11a 에서, 마이크로링 공진기 (microring resonator; 1102) 는 많은 수의 공지된 재료, 탄탈륨 펜폭사이드 및 실리콘 디옥사이드 중 하나로부터 예를 들면 공지된 기술에 의해 제조될 수 있다. 1.55 ㎛ 범위의 파장에 대해 최적화된 장치의 경우, 일반적인 치수는 w=1.5 ㎛, h=1.0 ㎛, 및 r=10 ㎛ 이다.11A and 11B show two representations of a two-dimensional photonic structure. In FIG. 11A, a microring resonator 1102 can be prepared from one of a large number of known materials, tantalum phenoxide and silicon dioxide, for example by known techniques. For devices optimized for wavelengths in the range of 1.55 μm, typical dimensions are w = 1.5 μm, h = 1.0 μm, and r = 10 μm.

기판 (1100) 상의 제조된 (유리는 여러가지 다른 것들 중 하나의 가능성임) 구조물은, 그 굴절율 및 치수 (w, r, h) 가 그 내부에서 전달되는 광의 주파수와 모드를 결정하는 원형의 도파관이다. 이러한 공진기는, 올바르게 설계되었다면, 이에 결합되는 광대역 방사에 대한 주파수 선택 필터로서 동작할 수 있다. 이 경우, 방사는 일반적으로 방위 부호 (1101) 로 나타낸 바와 같은 XY 평면에서 전달된다. 이 장치의 1-차원 아날로그는 단일 층 미러를 이용하여 이루어지는 패브리-페롯 필터일 수 있다. 그 장치는 단일층 "경계 (boundary)" (즉, 미러) 로 인해 고 차수 광학 주기성을 나타낸다; 그러나, 이들은 넓은 개념에서 볼 때 포토닉 구조물로 간주될 수 있다.The fabricated structure (glass is a possibility of one of many others) on the substrate 1100 is a circular waveguide whose refractive index and dimensions (w, r, h) determine the frequency and mode of light transmitted therein. . Such a resonator, if properly designed, can act as a frequency selective filter for broadband radiation coupled thereto. In this case, radiation is generally transmitted in the XY plane as indicated by azimuth 1110. The one-dimensional analog of the device may be a Fabry-Perot filter made using a single layer mirror. The device exhibits high order optical periodicity due to the single layer "boundary" (ie mirror); However, they can be considered photonic structures in a broad sense.

보다 일반적인 PBG 는 도 11b 에 도시되어 있다. 컬럼형 어레이 (1106) 는 X 및 Y 방향 둘 다에서 굴절율의 주기적인 변동을 나타낸다. 이 매체를 통해 전달되는 전자기적 방사는 방위 부호 (1103) 으로 나타낸, XY 평면에서 전달되는 경우 가장 현저하게 영향을 받는다.A more general PBG is shown in FIG. 11B. Columnar array 1106 exhibits a periodic variation in refractive index in both the X and Y directions. Electromagnetic radiation delivered through this medium is most significantly affected when delivered in the XY plane, indicated by azimuth code 1103.

주기적인 특성으로 인해, 도 11b 의 어레이는, 더욱 높은 차원성에 대한 경우를 제외하고, 1-차원 박막 스택에 의한 특징을 공유한다. 이 어레이는 XY 평면에서 어레이를 통해 몇몇 축을 따라 굴절율이 컬럼 재료의 굴절율과 통상 공기인 주변 재료의 굴절율 사이에서 변화한다는 관점에서 볼 때 주기적이다. 박막 스택 설계에 가해지는 동일한 원리 상의 편차를 이용한 적절한 어레이의 설계는, XY 평면으로 이동하는 방사에 영향을 주는 넓은 범위의 광학적 응답들 (미러, 밴드패스 필터, 에지 필터 등) 의 제조를 가능케 한다. 도 11b 에 나타낸 어레이 (1106) 는 치수 및/또는 굴절율이 다른 컬럼 형태의 단일성 또는 결함 (1108) 을 포함한다. 예를 들면, 이 컬럼의 직경은 잔류하는 (직경이 1/4 파장의 단위가 될 수 있는) 컬럼보다 비율적으로 더욱 크거나 작게 될 수 있고, 또는, 상이한 재료로 이루어질 수 있다 (가능하다면, 공기 대 실리콘 옥사이드). 어레이의 전체 사이즈는 조작될 필요가 있는 광학적 시스템 및 구성요소의 사이즈에 의해 결정된다. 또한, 결함은 소정의 작용에 따라 컬럼 또는 컬럼들이 부재하는 형태 (로우) 에서 발생될 수 있다. 이 구조물은 도 16 의 절연체 패브리-페롯 필터와 비슷하게 되지만, 2 차원으로만 기능한다. 이 경우, 결함은 캐비티 (1616) 와 비슷하게 된다. 나머지 컬럼은 2-차원 스택에 근접하여 비슷하게 된다.Due to the periodic nature, the array of FIG. 11B shares the characteristics by the one-dimensional thin film stack, except for the higher dimensionality. This array is periodic in view of the change in refractive index along some axis through the array in the XY plane between the index of refraction of the column material and the surrounding material, which is usually air. Designing an appropriate array using the same principle deviations applied to the thin film stack design enables the manufacture of a wide range of optical responses (mirrors, bandpass filters, edge filters, etc.) that affect radiation traveling in the XY plane. . The array 1106 shown in FIG. 11B includes unity or defects 1108 in the form of columns that differ in dimension and / or refractive index. For example, the diameter of this column can be proportionally larger or smaller than the remaining columns (which can be units of 1/4 wavelength in diameter) or can be made of different materials (if possible Air to silicon oxide). The overall size of the array is determined by the size of the optical system and components that need to be manipulated. Defects can also occur in the form (rows) in which the column or columns are absent depending on the desired action. This structure resembles the insulator Fabry-Perot filter of FIG. 16 but functions only in two dimensions. In this case, the defect is similar to the cavity 1616. The rest of the columns will be similar close to the two-dimensional stack.

도 11b 의 구조물의 적절한 치수는 sx 이격된 컬럼 x, sy 이격된 컬럼 y (둘 다 격자상수로 고려될 수 있다), 컬럼 직경 d, 및 어레이 높이 h 로 나타낸다. 1/4 파 스택과 같이, 1-차원 장치, 컬럼 직경 및 간격은 1/4 파의 단위가 될 수 있다. 높이 h 는 단일 모드 전달에 대해 이용되는 1/2 파장 이상을 갖는 소정의 전달 모드로 결정된다. 광에서 구조물의 사이즈와 그들의 효과와 관련된 식은 공지되어 있으며, John D. Joannopoulos 등에 의한 텍스트 "Photonic Crystals" 에기록되어 있다.Suitable dimensions of the structure of FIG. 11B are represented by sx spaced columns x, sy spaced columns y (both can be considered lattice constants), column diameter d, and array height h. Like a quarter wave stack, one-dimensional apparatus, column diameter and spacing can be in units of quarter waves. The height h is determined to be a given mode of transmission with at least 1/2 wavelength used for single mode transmission. Equations relating to the size of structures and their effects on light are known and are recorded in the text "Photonic Crystals" by John D. Joannopoulos et al.

또한, 이러한 종류의 구조물은 공진기 (1102) 를 제조하기 위해 이용되는 동일한 재료 및 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 단일막은 유리 기판 상에 증착되고 통상의 기술을 이용하여 패턴화될 수 있으며, 반응 이온 에칭 (reactive ion etching) 을 이용하여 에칭됨으로써, 고 애스펙트비 컬럼을 생성할 수 있다. 1.55 ㎛ 의 파장에 대해, 컬럼의 직경과 간격은 각각 0.5 ㎛ 와 1 ㎛ 의 단위가 될 수 있다.In addition, structures of this kind can be fabricated using the same materials and techniques used to fabricate resonators 1102. For example, a silicon monolayer can be deposited on a glass substrate and patterned using conventional techniques, and etched using reactive ion etching to create a high aspect ratio column. For a wavelength of 1.55 μm, the diameter and spacing of the columns can be in units of 0.5 μm and 1 μm, respectively.

또한, 포토닉 구조물은 제한적인 형태 제약 하에서 방사를 지향할 수 있다. 따라서, 이들은 치수 제약이 매우 타이트할 때 특정 주파수 또는 광주파수의 밴드를 재지향 및/또는 선택하는 것이 바람직한 애플리케이션에 매우 유용하다. XY 평면에서 전달되는 광을 채널링하는 도파관은 광이 광의 파장보다 적은 공간에서 90 도 회전하도록 할 수 있도록 제조될 수 있다. 이는, 예를 들면, 도파관으로 동작할 수 있는 선형 로우의 형태로 컬럼 결함을 생성함으로써 달성될 수 있다.In addition, the photonic structure can direct radiation under limited form constraints. Thus, they are very useful in applications where it is desirable to redirect and / or select a band of a particular frequency or light frequency when the dimensional constraints are very tight. The waveguide channeling the light transmitted in the XY plane can be manufactured to allow the light to rotate 90 degrees in a space less than the wavelength of the light. This can be accomplished, for example, by creating column defects in the form of linear rows that can act as waveguides.

3-차원 구조물은 도 12 에 도시되어 있다. 3-차원 주기적 구조물 (1202) 는 XY, YZ, XZ 평면에서 전달되는 방사로 동작한다. 다양한 광학적 응답은 구조물의 적절한 설계 및 구성물 재료의 선택에 의해 이루어질 수 있다. 동일한 설계 규칙을 적용하지만, 여기서는 이들은 3-차원에 적용된다. 결함은 점, 선, 또는 영역의 형태로 형성되며, 점 및 선은 주변 매체와 사이즈 및/또는 굴절율이 다르다. 도 12 에서, 결함 (1204) 은 단일점 소자이지만, 선형 또는 선형 및 점 소자 또는 영역의 결합일 수 있다. 예를 들면, 점 결함의 "선형" 또는 "S형" 어레이는 PBG 를 통해 임의의 3-차원 경로를 따르고 그 내부에서 전달되는 광에 대한 타이트하게 제한된 도파관으로 동작하도록 제조될 수 있다. 일반적으로, 결함은 내부에 위치될 수 있지만, 도시의 목적을 위해 표면 상에 나타낸다. 이 구조물의 적절한 치수는 도면에 모두 표시된다. PBG 의 재료의 간격 및 치수는 완전하게 애플리케이션에 의존하지만, 바람직한 설계 규칙 및 식이 또한 적용된다.The three-dimensional structure is shown in FIG. The three-dimensional periodic structure 1202 operates with radiation transmitted in the XY, YZ, and XZ planes. Various optical responses can be made by appropriate design of the structure and selection of the constituent material. The same design rules apply, but here they apply in three dimensions. Defects are formed in the form of points, lines, or regions, which points and lines differ in size and / or refractive index from the surrounding medium. In FIG. 12, defect 1204 is a single point device, but may be a linear or a combination of linear and point devices or regions. For example, a "linear" or "S" array of point defects can be fabricated to act as a tightly confined waveguide for light passing along and passing through any three-dimensional path through the PBG. Generally, defects may be located internally, but appear on a surface for illustrative purposes. Appropriate dimensions of this structure are all indicated in the figures. The spacing and dimensions of the material of the PBG are completely application dependent, but the preferred design rules and equations also apply.

3-차원 PBG 는 제조하기에 더 복잡하다. 1-차원 또는 2-차원 피쳐 (feature) 를 제조하기 위한 통상의 수단은, 3 차원에 적용되는 경우, 구조물에서의 제 3 치수를 달성하기 위해 증착, 패턴 및 에칭 사이클의 여러가지 적용을 포함할 수 있다. 주기적 3 차원 구조물을 형성하기 위한 제조 기술은, 감광성 재료가 정상파 (standing wave) 에 노출되고 그 파를 제로 자체에서 굴절율 변동의 형식으로 반복하는 홀로그래픽, 재료의 증착 시 컬럼 어레이 또는 구형 구조물을 생성하기 위해 특정 혼성중합체 (co-polymeric) 재료의 본질적인 접착 및 방위 특성에 따라 자기-조직화되는 유기물 또는 자기-조립 재료, 일단 응고되면 구조물을 조직하고 분해 또는 고온에 의해 제거될 수 있는 현탁액에 제어된 치수의 원형 구조물의 공급의 결합을 포함시킬 수 있는 세라믹 방법, 이러한 방법의 결합, 및 다른 것을 포함한다.Three-dimensional PBG is more complicated to manufacture. Conventional means for manufacturing one- or two-dimensional features, when applied to three dimensions, may include various applications of deposition, pattern, and etching cycles to achieve a third dimension in the structure. have. Manufacturing techniques for forming periodic three-dimensional structures produce holographic, column array or spherical structures upon deposition of the material, in which the photosensitive material is exposed to standing waves and repeats the waves in the form of refractive index variations at zero itself. Organic or self-assembled materials that are self-organized according to the inherent adhesion and orientation properties of a particular co-polymeric material, to a controlled structure that, once solidified, organizes the structure and can be removed by decomposition or high temperature. Ceramic methods, combinations of these methods, and others, which may include coupling of a supply of dimensionally circular structures.

혼성중합체의 자기-조립 기술들은 모두 저온이며 최소의 포토리소그래피를 요구하거나 포토리소그래피를 요구하지 않기 때문에 특별히 관심이 있다. 일반적으로, 이 기술은 중합체, 예를 들어, PPQmPSn (polyphenylquinoine-block-polystyrene) 의 탄소 이황화물 (carbon disulfide) 과 같은 용매로의 분해를 포함한다. 기판상에 용액을 확산하고 용매를 증발시킨 후, 공기 충전 중합구의 폐쇄 패킹된 6각형 배열을 형성한다. 프로세스는 다중층 (multi-layers) 를 형성하도록 여러 번 반복될 수 있으며, 어레이의 주기는 중합체의 성분들 (m 및 n) 의 반복 유닛들의 갯수를 조정하여 제어할 수도 있다. 나노미터 (nanometer) 사이즈의 콜로이드 (colloid) 의 유입은 금속, 산화물, 또는 중합체의 굴절율을 증대시키고 어레이의 주기를 감소시키는 효과를 가질 수 있는 반도체를 포함한다.Self-assembly techniques of interpolymers are of particular interest because they are all low temperature and do not require minimal photolithography or photolithography. In general, this technique involves the decomposition of polymers such as polyphenylquinoine-block-polystyrene (PPQmPSn) into solvents such as carbon disulfide. After diffusion of the solution on the substrate and evaporation of the solvent, a closed packed hexagonal array of air filled polymeric spheres is formed. The process can be repeated several times to form multi-layers, and the cycle of the array may be controlled by adjusting the number of repeat units of the components m and n of the polymer. The introduction of nanometer-sized colloids includes semiconductors that can have the effect of increasing the refractive index of metals, oxides, or polymers and reducing the period of the array.

집중 이온 빔 (focused ion beams) 또는 원자력 현미경과 같은 툴 (tool) 을 사용하여, 마이크론 이하의 재료의 직접적인 조작을 통하여 결함들이 도입될 수도 있다. 전자 (前者) 는 매우 작은 선택 영역내의 재료를 제거 또는 추가하거나 그 재료의 광학 특성을 변경하는데 사용될 수도 있다. 재료 제거는 집중 이온 빔의 툴에 의해 사용되는 것과 같은 활동적인 입자 빔이 자신의 경로로 재료를 스퍼터링할 때에 발생한다. 재료 추가는 텅스텐 헥사플루오라이드 (hexafluoride; 텅스텐 도전체의 경우) 또는 실리콘 테트라플루오라이드 (tetrafluoride; 절연 실리콘 이산화물인 경우) 와 같은 가스를 포함하는 휘발성 금속을 통하여 집중 이온 빔이 통과할 때에 발생한다. 가스는 분해되며, 구성성분들은 그 빔이 기판과 접촉한 곳에 증착된다. 원자력 현미경은 대략 분자 규모의 재료를 이동시키는데 사용될 수도 있다.Defects may be introduced through direct manipulation of sub-micron materials using tools such as focused ion beams or atomic force microscopy. The former may be used to remove or add material in very small selection areas or to change the optical properties of the material. Material removal occurs when an active particle beam, such as used by a tool of a concentrated ion beam, sputters material into its path. Material addition occurs when the concentrated ion beam passes through a volatile metal comprising a gas such as tungsten hexafluoride (for tungsten conductors) or silicon tetrafluoride (for insulating silicon dioxide). The gas is decomposed and the components are deposited where the beam contacts the substrate. Atomic force microscopy may be used to move materials on a molecular scale.

또 다른 방법은 마이크로 전자 증착 (microelectrodeposition) 이라고 칭하는 기술의 사용을 포함하며, 이것은 미국특허 제 5,641,391 호에 상세히 개시되어있다. 이 방법에서는, 다양한 재료들 및 기판들을 사용하여, 마이크론 이하의 해상도의 3 차원 피쳐를 정의하는데 단일의 마이크로 전극을 사용할 수 있다. 이러한 방식으로 증착된 금속 "결함들" 은 상술한 기술들을 이용하여 제조할 수 있는 PBG 어레이 주위의 절연 결함 (dielectric defect) 을 형성하도록 연속적으로 산화시킬 수 있다.Another method involves the use of a technique called microelectrodeposition, which is described in detail in US Pat. No. 5,641,391. In this method, a single micro electrode can be used to define three-dimensional features of sub-micron resolution using various materials and substrates. Metal “defects” deposited in this manner can be continuously oxidized to form dielectric defects around a PBG array that can be fabricated using the techniques described above.

또한, PBG 를 제조하는 기판 상의 또 다른 재료의 패턴의 형태인 표면 피쳐 (surface features) 의 존재는 자신의 형성 동안 PBG 내의 결함을 형성하는 템플릿 (template) 으로서 제공할 수도 있다. 특히, 이것은 원래 자기-조립 방법인 기판 조건에 민감한 PBG 프로세스에 적절하다. 이러한 피쳐들은 프로세스의 특정한 특성에 의존하는 시드 (seed) 주위의 매우 국부적인 영역에서 PBG 의 성장을 촉진시키거나 억제시킬 수도 있다. 이러한 방식으로, 결함 "시드" 의 패턴이 형성될 수도 있으며, 이후, PBG 형성 프로세스 동안 내에 형성되는 결함으로 PBG 가 형성될 수도 있다.In addition, the presence of surface features in the form of a pattern of another material on the substrate from which the PBG is made may serve as a template for forming defects in the PBG during its formation. In particular, it is suitable for PBG processes that are sensitive to substrate conditions, which are originally self-assembly methods. Such features may promote or inhibit the growth of PBG in very local areas around the seed depending on the specific characteristics of the process. In this manner, a pattern of defect “seeds” may be formed, and then PBGs may be formed with defects formed within during the PBG formation process.

따라서, IMods 로 알려진 장치의 부류는 더 큰 부류의 다차원 포토닉 구조물을 변조기 자신에 포함함으로써 더 확장시킬 수도 있다. 이때, 본질적으로 정적 장치인 어떠한 종류의 포토닉 구조물이라도 자신의 기하학적 구조를 변경 및/또는 자신의 유사물을 또 다른 구조물로 변경하여 동적으로 만들 수도 있다. 이와 유사하게, 각각 1 차원적인 포토닉 구조물을 가지는 2 개의 미러 (mirror) 를 구비하는 마이크로 기계 패브리-패럿 필터 (micromechanical Fabry-Perot filter; 도 16 에 도시됨) 는 캐비티 폭 (cavity width) 을 정전기적으로 변경하여 튜닝(tune) 될 수도 있다.Thus, a class of devices known as IMods may be further extended by including a larger class of multidimensional photonic structures in the modulator itself. At this time, any kind of photonic structure, which is essentially a static device, may be made dynamic by changing its geometry and / or changing its analog to another structure. Similarly, a micromechanical Fabry-Perot filter (shown in FIG. 16) with two mirrors, each having a one-dimensional photonic structure, has a power failure of the cavity width. It can also be tuned to change miraculously.

도 13 은 2 차원 PBGs 를 포함하는 IMod 설계의 2 가지 예를 도시한 것이다. 도 13a 에서, 절단도는 기판에 면해 있는 측면상에 탑재된 마이크로링 공진기 (microring resonator; 1306) 과 함께 제조되는 자기-지지 멤브레인 (self-supporting membrane; 1304) 를 나타낸다. 대부분의 기판 (1303) 내에 있는 도파관 (1301 및 1302) 는 평면형 및 평행형이며, 공지의 기술을 이용하여 제조할 수 있다. 도 13a 에서, IMod 는 마이크로링과 기판 사이의 유한한 에어 갭 (airgap)(번호) 과 함께 미구동 상태로 도시되어 있다. 자신의 위치가 기판 하부의 쌍 도파관 (paired waveguides) 과 오버랩 및 정렬되도록 마이크로링을 제조한다. 마이크로링의 치수는 상술한 실시예와 동일하다. 단면 (1305) 는 w = 1 um, h = 0.5 um, 및 t = 100 nm 일 수도 있는 도파관의 치수를 나타낸다. 미구동 상태에서, 광 (1308) 은 도파관 (1302) 에 방해되지 않고 전파하며, 출력 빔 (1310) 은 입력 (1308) 과 스펙트럼상으로 동일하다.13 shows two examples of an IMod design including two-dimensional PBGs. In FIG. 13A, a cutaway view shows a self-supporting membrane 1304 fabricated with a microring resonator 1306 mounted on a side facing the substrate. The waveguides 1301 and 1302 in most substrates 1303 are planar and parallel, and can be manufactured using known techniques. In FIG. 13A, the IMod is shown in an undriven state with a finite air gap (number) between the microring and the substrate. The microrings are fabricated so that their positions overlap and align with paired waveguides under the substrate. The dimensions of the microrings are the same as in the above-described embodiment. Cross section 1305 represents the dimensions of the waveguide, which may be w = 1 um, h = 0.5 um, and t = 100 nm. In the undriven state, light 1308 propagates without disturbing the waveguide 1302, and the output beam 1310 is spectrally identical to the input 1308.

마이크로링을 기판 및 도파관과 밀접하게 접촉하도록 IMod 를 구동하는 것은 장치의 광학적인 동작을 변경시킨다. 이때, 도파관 (1302) 로 전파하는 광은 의미없는 현상에 의해 마이크로링에 커플링할 수도 있다. 만약 사이즈가 적절하면, 마이크로링은 도파관 (1302) 로부터 선택된 주파수를 커플링하고 도파관 (1301) 로 주입하는 광학 공진기로서 작용한다. 이것은 빔 (1312) 이 광 (1308) 방향과 반대 방향으로 전파하는 것을 도시하는 도 13b 에 도시되어 있다. 그러한 장치는 그 구조물을 하부 도파관과 밀접하게 접촉시키는데 요구되는 전압또는 또 다른 구동 수단의 애플리케이션에 의해 도파관으로부터 특정한 파장을 선택하는 주파수 선택 스위치로서 이용될 수도 있다. 기하학적 구조의 정적 버전 (static version) 은 B.E.Little 등의 논문, "Vertically Coupled Microring Resonator Channel Dropping Filter", IEEE Photonics Technology Letters, vol.11, no.2, 1999 에 상세히 개시되어 있다.Driving the IMod to bring the microring in close contact with the substrate and waveguide changes the optical behavior of the device. At this time, the light propagating to the waveguide 1302 may be coupled to the microring by a meaningless phenomenon. If the size is appropriate, the microring acts as an optical resonator that couples and injects the selected frequency from the waveguide 1302 into the waveguide 1301. This is shown in FIG. 13B showing the beam 1312 propagating in a direction opposite to the direction of light 1308. Such a device may be used as a frequency selector switch that selects a particular wavelength from the waveguide by the application of voltage or another drive means required to bring the structure into close contact with the lower waveguide. Static versions of the geometry are described in detail in B.E.Little et al., "Vertically Coupled Microring Resonator Channel Dropping Filter", IEEE Photonics Technology Letters, vol. 11, no.2, 1999.

또 다른 실시예는 도 13c 에 도시되어 있다. 이 경우, 공진기 (1314) 및 한 쌍의 도파관 (1332 및 1330) 은 기판상에 컬럼형 (columnar) PBG 의 형태로 제조한다. PBG 는 2 개의 로우 (row; 각각의 도파관당 하나) 을 제거하여 정의되는 도파관 및 2 개의 컬럼 (column) 을 제거하여 정의되는 공진기를 갖는 컬럼의 유니폼 어레이 (uniform array) 이다. 평면도 (1333) 은 도파관 (1330 및 1332) 및 공진기 (1314) 의 더 상세한 구성을 제공한다. 치수는 관심있는 파장 및 사용된 재료에 의존한다. 파장이 1.55 um 인 경우, 컬럼의 직경 및 간격은 각각 약 0.5 um 및 1 um 일 수 있다. 높이, h, 는 지원되는 전파 모드 (propagation modes) 를 결정하며, 오직 단일 모드만이 전파되는 경우에는, 파장의 절반 보다는 약간 커야 한다.Another embodiment is shown in FIG. 13C. In this case, the resonators 1314 and the pair of waveguides 1332 and 1330 are manufactured in the form of columnar PBG on the substrate. PBG is a uniform array of columns with a waveguide defined by removing two rows (one for each waveguide) and a resonator defined by removing two columns. Top view 1333 provides a more detailed configuration of waveguides 1330 and 1332 and resonator 1314. The dimensions depend on the wavelength of interest and the material used. If the wavelength is 1.55 um, the diameter and spacing of the columns may be about 0.5 um and 1 um, respectively. The height, h, determines the propagation modes supported, and if only a single mode propagates, it should be slightly larger than half the wavelength.

멤브레인 (1315) 의 내부 표면 상에, 하부를 향하며 동일한 치수를 가지고 기판상의 컬럼들과 동일한 (또는 광학적으로 동일한) 재료인 2 개의 절연된 컬럼 (1311) 을 제조한다. 공진기 및 컬럼들은 각각을 보완하도록 설계되며, 멤브레인상의 컬럼이 위치하는 곳에는 공진기에서의 컬럼은 대응하여 존재하지 않는다.On the inner surface of the membrane 1315, two insulated columns 1311 are fabricated, which are face down and have the same dimensions and are the same (or optically the same) material as the columns on the substrate. The resonators and columns are designed to complement each other, where there is no corresponding column in the resonator where the columns on the membrane are located.

IMod 가 미구동 상태에 있을 때, PBG 와 멤브레인 사이에는 최소 수백 나노미터인 유한한 수직 에어 갭 (1312) 가 존재하므로, 광학적인 상호작용은 발생하지 않는다. 공진기에서의 컬럼의 부재 (不在) 는 도파관들 (1330 및 1332) 간을 커플링시켜 결함과 같이 작용한다. 이 상태에서, 장치는 도 13b 에 도시된 것과 같이 작용하며, 이때, 도파관을 따라 전파되는 광의 선택된 주파수는 도파관 (1332) 로 유입되며, 광 (1329) 의 형태로 반대 방향으로 전파한다.When the IMod is in the undriven state, there is a finite vertical air gap 1312 that is at least a few hundred nanometers between the PBG and the membrane, so no optical interaction occurs. The absence of a column in the resonator couples between the waveguides 1330 and 1332 and acts like a defect. In this state, the device acts as shown in FIG. 13B, where the selected frequency of light propagating along the waveguide is introduced into the waveguide 1332 and propagates in the opposite direction in the form of light 1329.

그러나, PBG 와 접촉하도록 IMod 를 구동시키는 것은 컬럼들을 자신의 동작을 변경하는 공진기에 위치시킨다. 공진기의 결함은 멤브레인 컬럼의 배치 (placement) 로 제거된다. 이 상태에서의 장치는 간섭없이 전파하는 광 (1328) 을 갖는 도 13a 에 도시된 것과 같이 작용한다.However, driving IMod into contact with the PBG places the columns in a resonator that changes its behavior. The defect of the resonator is eliminated by the placement of the membrane column. The device in this state acts as shown in FIG. 13A with light 1328 propagating without interference.

이러한 기하학적 구조의 정적 버전은 H.A.Haus 의 논문, "Channel drop filters in photonic crystals", Optics Express, vol.3, no.1, 1998 에 개시되어 있다.Static versions of these geometries are described in H.A.Haus' s paper, "Channel drop filters in photonic crystals", Optics Express, vol. 3, no. 1, 1998.

광학 스위치Optical switch

도 14a 에서, 유도형 흡수기에 기초한 장치는 금속과 산화물의 조합으로 이루어진 재료 (1402) 의 스택상에 부유 (suspend) 하고, 투명 기판상에 패턴되는 약 수십 내지 수백 마이크론 제곱의 자기-지지 알루미늄 멤브레인 (1400) 을 포함한다. 여기서 참조하며, 1996년 7월 31일에 출원된 미국특허 출원번호 제 08/688,710 호에 개시되어 있는 유도형 흡수기에 이용되는 막은 이러한 목적을 제공할 수 있다. 또한, 기판상의 막은 ITO 와 같은 투명 도전체를 구비할 수도 있다. 그 구조물은 그 하부측상에 수백 옹스트롱 두께의 몰리브덴 또는 텅스텐과 같은 손실성 금속막을 포함할 수도 있다.In FIG. 14A, a device based on an inductive absorber is suspended on a stack of material 1402 made of a combination of a metal and an oxide and patterned on a transparent substrate of about tens to hundreds of microns square of self-supporting aluminum membrane. 1400. Reference herein, membranes used in inductive absorbers disclosed in U.S. Patent Application Serial No. 08 / 688,710, filed July 31, 1996, may serve this purpose. The film on the substrate may also be provided with a transparent conductor such as ITO. The structure may include a lossy metal film such as molybdenum or tungsten several hundred angstroms thick on its underside.

미구동 상태에서, 장치는 특정 파장 영역에서 반사하지만 멤브레인을 접촉시킬 때에는 잘 흡수하게 되도록 재료들을 구성한다. 측면도 (1410) 는 기판의 측면을 조사하는 장치의 도면을 나타낸다. 광 빔 (1408) 은 기판을 통하여 임의의 각도로 전파하며, 미구동 상태로 도시되어 있는 IMod (1406) 상으로 입사한다. 광 주파수는 미구동 상태의 IMod 의 반사 영역과 대응하는 것으로 가정하면, 그 광은 여각으로 반사하여 전파된다. 측면도 (1414) 는 구동 상태에서의 동일한 IMod 를 도시한 것이다. 이때 장치는 잘 흡수하고 있기 때문에, 입사하는 광은 더 이상 반사되지는 않지만, IMod 의 스택에서의 재료에 의해 흡수된다.In the undriven state, the device configures the materials to reflect in a particular wavelength region but absorb well when contacting the membrane. Side view 1410 shows a diagram of an apparatus for irradiating the side of a substrate. Light beam 1408 propagates at an angle through the substrate and is incident on IMod 1406, which is shown in an undriven state. Assuming that the optical frequency corresponds to the reflection area of the IMod in the undriven state, the light is reflected and propagated at an excitation angle. Side view 1414 shows the same IMod in the driven state. Since the device is absorbing well at this time, the incident light is no longer reflected but is absorbed by the material in the stack of IMod.

따라서, 이 구성에서, IMod 는 제조된 기판내에서 전파하는 광에 대하여 광학 스위치로서 작용할 수도 있다. 기판은 잘 연마되어 있고 매우 평행 (관심있는 광 파장의 1/10 이내 까지) 하며 광의 파장보다 수 배 더 두꺼운 (최소 수백 마이크론) 표면을 형성하도록 제작된다. 광 빔들이, 평균적으로, 기판에 평행하지만 일 표면으로부터 또 다른 표면으로 다중 반사를 겪는 방향으로 전파하기 때문에, 이것은 기판으로 하여금 기판/도파관으로 작용하도록 한다. 그러한 구조물에서의 광파는 종종 기판 유도파 (substrate guided waves) 라고도 한다.Thus, in this configuration, IMod may act as an optical switch for light propagating in the manufactured substrate. The substrate is well polished and manufactured to form a surface that is very parallel (up to one tenth of the wavelength of interest) and several times thicker (at least several hundred microns) than the wavelength of light. This allows the substrate to act as a substrate / waveguide because light beams, on average, propagate in a direction parallel to the substrate but undergoing multiple reflections from one surface to another. Light waves in such structures are often referred to as substrate guided waves.

도 14b 는 이러한 주제에 대한 변형을 도시한 것이다. 멤브레인 (1420) 은 더 이상 직사각형이 아니지만 일 엔드 (end) 쪽으로 테이퍼링 (taper) 하도록 패터닝된다. 그 구조물의 기계적인 스프링 상수가 이러한 길이를 따라 일정하게 유지되지만, 전극 영역은 감소한다. 따라서, 정전기적으로 인가될 수 있는힘의 양은 테이퍼의 더 좁은 엔드에서 저감한다. 만약 점차 증가하는 전압이 인가되면, 멤브레인은 먼저 더 넓은 엔드에서 동작하기 시작하며, 그 동작은 전압이 증가함에 따라 화살표 (1428) 을 따라서 진행한다.14B illustrates a variation on this subject. The membrane 1420 is no longer rectangular but is patterned to taper towards one end. The mechanical spring constant of the structure remains constant along this length, but the electrode area is reduced. Thus, the amount of force that can be applied electrostatically is reduced at the narrower end of the taper. If an increasing voltage is applied, the membrane first begins to operate at the wider end, and the operation proceeds along arrow 1428 as the voltage increases.

입사하는 광에서, IMod 는 인가 전압값에 의존하는 흡수 영역으로서 동작한다. 측면도 (1434) 는 전압을 인가하지 않을 때에 빔을 전파하는 기판상에 대한 영향을 도시한 것이다. 입사 빔의 투시도로부터 IMod 를 나타내는, 대응하는 반사 영역 (1429) 는 그 반사 영역상에 중첩시킨 빔의 "풋 프린트 (footprint)" (1431) 을 나타낸다. 전체 영역 (1429) 이 비-흡수하고 있기 때문에, 빔 (1430) 은 IMod (1428) 로부터 (최소의 손실로) 빔 (1432) 의 형태로 반사된다.In incident light, IMod acts as an absorption region depending on the applied voltage value. Side view 1434 illustrates the effect on a substrate propagating a beam when no voltage is applied. The corresponding reflective area 1429, representing IMod from the perspective of the incident beam, represents a “footprint” 1431 of the beam superimposed on the reflective area. Because the entire area 1429 is non-absorbing, the beam 1430 is reflected from the IMod 1428 in the form of a beam 1432 (with minimal loss).

측면도 (1436) 에서는, 임시 전압값이 인가되며, 반사 빔 (1440) 은, 이때, (1437) 로 도시된 반사 영역이 부분적으로 흡수하기 때문에 어느 정도 감쇠되었다. 도면부호 (1438 및 1429) 는 전체적인 동작의 결과 및 빔의 완전한 감쇠를 나타낸 것이다.In side view 1436, a temporary voltage value is applied, and the reflected beam 1440 is attenuated to some extent at this time because the reflective region shown at 1437 is partially absorbed. Reference numerals 1438 and 1429 show the result of the overall operation and complete attenuation of the beam.

따라서, 테이퍼링된 기하학적인 구조를 이용하여, 가변 광학 감쇠기가 생성될 수 있으며, 그 응답은 인가 전압값과 직접적으로 관련된다.Thus, using a tapered geometry, a variable optical attenuator can be generated, the response of which is directly related to the applied voltage value.

또 다른 종류의 광학 스위치는 도 15a 에 도시되어 있다. 지지 프레임 (1500) 은 미러 (1502) 에 전기적으로 접속되는 방식으로, 수천 옹스트롱 두께의 알루미늄과 같은 금속으로부터 제조한다. 미러 (1502) 는 지지대 (1500) 에 접착되어 있는 투명한 광학 스탠드오프 (optical standoff; 1501) 상에 상주한다. 미러 (1502) 는 금속, 산화물, 및 반도체 막의 조합, 또는 단일 금속막을 포함할수도 있다.Another kind of optical switch is shown in FIG. 15A. The support frame 1500 is made from a metal, such as aluminum, thousands of Angstroms thick, in a manner electrically connected to the mirror 1502. The mirror 1502 resides on a transparent optical standoff 1501 that is adhered to the support 1500. The mirror 1502 may include a combination of metal, oxide, and semiconductor films, or a single metal film.

스탠드오프는 기판과 동일하거나 더 높은 굴절율을 갖는 재료로부터 제조된다. 이것은 굴절율이 변할 수 있는 중합체 또는 SiO2(동일한 굴절율) 일 수 있다. 스탠드오프는 미러를 45 도의 각도로 지지하도록 제작한다. 스탠드오프의 제작은 그 피쳐가 자신의 광학 밀도의 관점에서 연속적으로 변할 수 있는 포토마스크 (photomask) 에 의존하는 아날로그 리소그래피로 알려진 기술을 이용하여 달성할 수 있다. 특정한 피쳐에 대한 이러한 밀도의 적절한 변형에 의하여, 이러한 마스크를 이용하여 노광되는 포토레지스트에 3 차원 형상을 형성할 수 있다. 그 후, 그 형상은 반응 이온 에칭을 통하여 또 다른 재료로 변형될 수 있다. 전체 조립체는 방해받지 않은 "윈도우" (1505) 를 하부 기판 (1504) 에 제공하도록 패턴되는 도전체 (1503) 상에 부유시킨다. 즉, 통상의 유리로 이루어진 윈도우 (1505) 가 노출되도록 대부분의 도전체 (1503) 가 에칭된다. 또 다른 IMods 와 같은 스위치는 전체 조립체를 기판/도파관과 접촉하도록 동작될 수 있다. 측면도 (1512) 는 광학 동작을 나타낸 것이다. 빔 (1510) 은 기판의 경계를 넘어서 전파되는 것을 방지하도록 법선으로부터 45 도의 각도로 기판내에서 전파하고 있다. 이것은, 45 도가 빔으로 하여금 내부 전반사 (total internal reflection; TIR) 의 원리에 의해 기판과 외측 매체간의 인터페이스 (1519) 에서 최소의 손실로 또는 손실없이 반사되도록 하는 임계각으로 알려진 각도 이상이기 때문이다.The standoff is made from a material having a refractive index equal to or higher than that of the substrate. This may be a polymer or SiO 2 (same refractive index), in which the refractive index may vary. Standoffs are made to support the mirror at an angle of 45 degrees. Fabrication of standoffs can be accomplished using a technique known as analog lithography, in which the features rely on photomasks that can vary continuously in terms of their optical density. By appropriate modification of this density for a particular feature, such a mask can be used to form a three dimensional shape in the exposed photoresist. The shape can then be transformed into another material through reactive ion etching. The entire assembly floats on a conductor 1503 that is patterned to provide an unobstructed "window" 1505 to the underlying substrate 1504. That is, most of the conductors 1503 are etched so that the window 1505 made of ordinary glass is exposed. Switches such as other IMods can be operated to contact the entire assembly with the substrate / waveguide. Side view 1512 illustrates optical operation. The beam 1510 propagates within the substrate at an angle of 45 degrees from the normal to prevent propagation beyond the boundary of the substrate. This is because 45 degrees is above an angle known as the critical angle that causes the beam to be reflected with minimal or no loss at the interface 1519 between the substrate and the outer medium by the principle of total internal reflection (TIR).

TIR 의 원리는 스넬의 법칙에 의존하지만, 기본적인 요건은 기판 외측의 매체가 기판 보다 더 작은 굴절율을 가져야 한다는 것이다. 측면도 (1512) 에서, 장치는 미구동 상태에서의 스위치 (1506) 및 방해받지 않는 방식으로 전파하는 빔 (1510) 으로 도시되어 있다. 측면도 (1514) 에 도시된 바와 같이, 스위치 (1506) 이 기판과 접촉하여 동작할 경우, 빔의 경로는 변경된다. 스탠드오프는 기판과 크거나 같은 굴절율을 가지기 때문에, 빔은 인터페이스에서 더 이상 TIR 을 겪지 않는다. 빔은 기판으로부터 미러에 의해 반사되는 공학 스탠드오프로 전파한다. 미러는 45 도로 기울어져 있어서, 이때, 반사된 빔은 기판 평면에 대하여 법선인 각도로 이동한다. 따라서, TIR 의 기준을 더 이상 만족하지 않기 때문에, 광은 기판 인터페이스를 통하여 전파될 수도 있으며, 기판/도파관의 반대측상에 탑재되는 파이버 커플러 (fiber coupler; 1520) 에 의해 캡쳐 (capture) 될 수 있다. 유사한 개념이 X.Zhou 등의 논문, "Waveguide Panel Display Using Electromechanical Spatial Modulators", SID Digest, vol.XXIX, 1998 에 개시되어 있다. 이러한 특별한 장치는 방출형 디스플레이 애플리케이션용으로 설계되었다. 또한, 미러는 종래의 패터닝 기술을 이용하여, 스탠드오프의 표면에 에칭될 수도 있는 반사 격자 (reflecting grating) 의 형태로 구현될 수도 있다. 그러나, 이 방법은 박막 미러로 나타나지 않는 다중 회절 차수 (diffraction orders) 로 인한 손실 및 파장 의존성을 나타낸다. 또한, 또 다른 광학 구조물은 각각의 속성 및 단점을 갖는 미러를 대체할 수도 있다. 이들은 굴절형, 반사형, 및 회절형으로 분류될 수 있으며, 마이크로-렌즈 (투과형 및 반사형), 오목 거울 또는 볼록 거울, 회절형 광학 엘리먼트, 홀로그래픽 광학 엘리먼트, 프리즘,및 마이크로-제조 기술을 이용하여 생성될 수 있는 기타 다른 형태의 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 또 다른 광학 엘리먼트를 사용하는 경우에서, 스탠드오프 및 광학에 부여하는 각도는 마이크로-광학의 특성에 반드시 의존할 필요는 없다.The principle of TIR relies on Snell's law, but the basic requirement is that the media outside the substrate should have a smaller refractive index than the substrate. In side view 1512, the device is shown with a switch 1506 in an undriven state and a beam 1510 propagating in an unobstructed manner. As shown in side view 1514, when the switch 1506 operates in contact with the substrate, the path of the beam is changed. Since the standoff has a refractive index that is greater than or equal to the substrate, the beam no longer experiences TIR at the interface. The beam propagates from the substrate to the engineering standoff reflected by the mirror. The mirror is tilted 45 degrees, where the reflected beam moves at an angle normal to the substrate plane. Thus, since it no longer meets the criteria of TIR, light may propagate through the substrate interface and may be captured by a fiber coupler 1520 mounted on the opposite side of the substrate / waveguide. . Similar concepts are described in X. Zhou et al., "Waveguide Panel Display Using Electromechanical Spatial Modulators", SID Digest, vol. XXIX, 1998. This particular device is designed for emissive display applications. The mirror may also be implemented in the form of a reflecting grating that may be etched into the surface of the standoff using conventional patterning techniques. However, this method exhibits loss and wavelength dependence due to multiple diffraction orders that do not appear in thin film mirrors. In addition, another optical structure may be substituted for the mirror with respective properties and disadvantages. These can be classified into refractive, reflective, and diffractive and include micro-lenses (transmissive and reflective), concave mirrors or convex mirrors, diffractive optical elements, holographic optical elements, prisms, and micro-fabrication techniques. It may include other types of optical elements that can be generated using. In the case of using another optical element, the angles given to standoffs and optics do not necessarily depend on the properties of the micro-optics.

IMod 에 대한 이러한 변형은 광에 대한 디커플링 (de-coupling) 스위치로서 동작한다. 만약 미러가 올바르게 설계되면, 광대역 방사 또는 특정 주파수는 의도한 대로 기판/도파관으로부터 커플링될 수 있다. 측면도 (1526) 은 45 도로 기울어진 추가적인 고정 미러가 디커플링 스위치에 반대인 기판의 측면상에 제조되는 더 정교한 구현을 나타낸 것이다. 이러한 미러는 작동될 수 없다는 점에서 스위치와 상이하다. 2 개의 구조물에 대한 미러 각도의 신중한 선택에 의해, 스위치 (1506) 에 의해 기판으로부터 효과적으로 디커플링되는 광 (1522) 는 재-커플링 미러 (1528) 에 의해 기판으로 재-커플링될 수도 있다. 그러나, 재-커플링 미러를 XY 평면에서의 상이한 방향으로 제조함으로써, 기판/도파관내의 어느 신규한 방향으로 광을 재지향시키는데 미러 조합을 사용할 수도 있다. 이러한 2 개의 구조물의 조합을 방향성 스위치 (directional switch) 라고도 한다. 또한, 재-커플링 미러는 표면의 법선 방향으로 기판에 전파하는 임의의 광을 커플링하는데 사용될 수도 있다.This variant of IMod acts as a de-coupling switch for light. If the mirror is designed correctly, broadband radiation or a specific frequency can be coupled from the substrate / waveguide as intended. Side view 1526 illustrates a more sophisticated implementation in which an additional fixed mirror tilted at 45 degrees is fabricated on the side of the substrate opposite the decoupling switch. This mirror differs from the switch in that it cannot be operated. By careful selection of the mirror angles for the two structures, light 1522 that is effectively decoupled from the substrate by the switch 1506 may be re-coupled to the substrate by the re-coupling mirror 1528. However, by making the re-coupling mirror in different directions in the XY plane, the mirror combination may be used to redirect light in any new direction in the substrate / waveguide. The combination of these two structures is also called a directional switch. The re-coupling mirror may also be used to couple any light propagating to the substrate in the normal direction of the surface.

도 15b 는 방향성 스위치들의 어레이의 일 구현을 나타낸 것이다. 기판 (1535) 상에서 내려다보면, 선형 어레이 (1536) 은 광을 XY 평면에 대하여 법선 각도에서 기판으로 지향하는 파이버 커플러의 어레이이다. 재-커플링 미러의 어레이 (미도시) 는 광을 빔 (1530) 에 평행인 기판에 커플링하도록 파이버 커플러 어레이에 정반대편에 위치한다. 기판 (1535) 의 표면상에서, (1531) 이 하나인 방향성 스위치들의 어레이를 제조한다. 그 스위치들은 입력 파이버 커플러 (1536) 의 어느 하나로부터 기판에 커플링되는 광이 출력 파이버 커플러 (1532) 의 어느 하나에 지향될 수도 있도록 위치한다. 이러한 방식으로, 장치는 임의의 갯수의 상이한 입력들 중 어느 하나를 임의의 갯수의 상이한 출력들 중 어느 하나로 스위칭할 수 있는 N ×N 광학 스위치로서 동작할 수도 있다.15B illustrates one implementation of an array of directional switches. Looking down over substrate 1535, linear array 1536 is an array of fiber couplers that direct light to the substrate at a normal angle with respect to the XY plane. An array of re-coupling mirrors (not shown) is positioned opposite to the fiber coupler array to couple light to the substrate parallel to the beam 1530. On the surface of the substrate 1535, one array of directional switches 1153 is manufactured. The switches are positioned such that light coupled to the substrate from either of the input fiber coupler 1536 may be directed to either of the output fiber coupler 1532. In this way, the apparatus may operate as an N × N optical switch that can switch any one of any number of different inputs to any one of any number of different outputs.

튜닝가능 필터 (tunable filter)Tunable filter

도 16 을 다시 참조하면, 튜닝가능 패브리-페럿 필터의 형태로 IMod 가 도시되어 있다. 이 경우, 도전 콘택 패드 (conducting contact pad; 1602) 는 절연 미러들 (1604 및 1608) 및 희생층 (sacrificial layer; 1606) 과 함께 증착 및 패터닝된다. 이것은 1/2 파장의 배수의 두께로 실리콘막으로 이루어질 수도 있다. 미러들은 재료들의 스택, 높은 굴절율 및 낮은 굴절율을 교대하며 2 개의 실시예를 갖는 TiO2 (높은 굴절율) 및 SiO2 (낮은 굴절율), 및 공기일 수도 있는 층들 중 한 층을 포함할 수도 있다. 절연층 (1610) 은 제 2 콘택 패드 (1612) 가 오직 미러 (1608) 에만 접촉하도록 증착 및 패터닝된다. 미러 (1608) 은 지지대 (1615) 에 의해 접속되는 미러 "섬" (island; 1614) 를 남기고 연속적으로 패터닝된다. 그 섬의 측면 치수는 상호작용하는 광 빔의 사이즈에 의해 주로 결정된다. 통상적으로, 이것은 약 수십 내지 수백 마이크론이다. 희생층 (1606) 은 화학적으로 일부만 에칭되지만, 기계적인 안정성을 제공하도록, 약 수십마이크론 제곱의 충분한 사이즈의 스탠드오프를 남겨둔다. 만약 미러 (1608) 의 최상부층 (top layer) 및 미러 (1604) 의 저부층이 도전용으로 얇게 도핑되면, 콘택 패드들 (1602 및 1612) 사이의 전압에 대한 애플리케이션은 미러 섬을 치환하도록 한다. 따라서, 그 구조물의 광학 응답은 튜닝될 수도 있다.Referring again to FIG. 16, IMod is shown in the form of a tunable Fabry-Perot filter. In this case, a conducting contact pad 1602 is deposited and patterned together with the insulating mirrors 1604 and 1608 and the sacrificial layer 1606. This may be made of a silicon film with a thickness of a multiple of 1/2 wavelength. The mirrors may include a layer of materials, TiO 2 (high refractive index) and SiO 2 (low refractive index), which have two embodiments alternating a stack of materials, high refractive index and low refractive index, and one of the layers which may be air. Insulating layer 1610 is deposited and patterned such that second contact pad 1612 contacts only mirror 1608. Mirror 1608 is successively patterned leaving a mirror " island " 1614, which is connected by a support 1615. The lateral dimension of the island is mainly determined by the size of the interacting light beams. Typically, this is about tens to hundreds of microns. The sacrificial layer 1606 is only partially etched chemically, but leaves a sufficient size standoff of about several tens of microns square to provide mechanical stability. If the top layer of the mirror 1608 and the bottom layer of the mirror 1604 are thinly doped for conduction, the application of the voltage between the contact pads 1602 and 1612 allows the mirror islands to be replaced. Thus, the optical response of the structure may be tuned.

도 17a 는 이러한 튜닝가능 필터의 일 애플리케이션을 나타낸 것이다. 기판 (1714) 의 최상부 표면에는 튜닝가능 필터 (1704), 미러 (1716), 및 반사방지 코팅 (anti-reflection coating; 1712) 가 제조된다. 또한, 미러 (1717) 은, 예를 들어, 최소 10 nm 두께의 금과 같은 금속으로부터 기판의 저부 표면상에 제조된다. 광학 상부구조물 (1706) 은 기판의 최상부 표면상에 탑재되며, 그것의 내부 표면은, 예를 들어, 반사하는 금 막 (gold film) 의 추가물에 의해 최소 95 % 의 반사율을 가지며, 또한, 기울어진 미러 (1710) 을 지지한다. 이 장치에서, 광 빔 (1702) 는 공기 매체 및 유리 기판에 대하여 대략 41 도의 임계각 보다 더 큰 각도로 기판내에서 전파한다. 따라서, 미러 (1716) 은 기판/도파관의 범위내로의 제한을 유지하는게 요구된다. 이러한 구성은 광이 전파하는 각도들의 선택에 더 많은 유연성을 허용한다.17A illustrates one application of such a tunable filter. On the top surface of the substrate 1714 is a tunable filter 1704, a mirror 1716, and an anti-reflection coating 1712. In addition, mirror 1917 is fabricated on the bottom surface of the substrate, for example, from a metal, such as gold, at least 10 nm thick. The optical superstructure 1706 is mounted on the top surface of the substrate, the inner surface of which has a reflectance of at least 95%, for example by addition of a reflecting gold film, and also tilted Support the true mirror 1710. In this apparatus, the light beam 1702 propagates within the substrate at an angle greater than the critical angle of approximately 41 degrees with respect to the air medium and the glass substrate. Thus, the mirror 1716 is required to maintain the constraints within the range of the substrate / waveguide. This configuration allows more flexibility in the selection of the angles at which light propagates.

나머지 광 (1709) 는 반사하지만 특정한 주파수의 광 (1708) 을 송신하는 패브리-페럿 (1704) 로 빔 (1702) 이 입사한다. 송신 주파수는 반사형 상부구조물 (1706) 으로부터 반사하고 그 상부구조물 (1706) 으로 입사하며, 미러 (1716) 에 의해 기울어진 미러 (1710) 으로 다시 반사된다. 미러 (1710) 은 광이 반사방지 코팅 (1712) 을 향하여 기판에 대하여 법선 각도로 지향하도록 기울어져 있으며, 외부 매체로 및 외부 매체를 통하여 통과한다. 따라서, 대체로, 장치는 파장 선택 필터로서 동작한다.The remaining light 1709 reflects but the beam 1702 enters a Fabry-Perot 1704 that transmits light 1708 at a particular frequency. The transmission frequency reflects from the reflective superstructure 1706 and enters the superstructure 1706 and is reflected back to the inclined mirror 1710 by the mirror 1716. The mirror 1710 is inclined so that light is directed towards the antireflective coating 1712 at a normal angle to the substrate and passes through and through the external medium. Thus, in general, the device operates as a wavelength selective filter.

상부구조물은 다수의 기술들을 이용하여 제조할 수도 있다. 하나는, 예를 들어, 최소 수백 마이크론 및 기판과 같은 두께와 같이 정확한 깊이의 캐비티를 형성하기 위하여 실리콘 슬랩 (slab) 의 벌크 마이크로머시닝 (bulk micromachining) 을 포함한다. 기울어진 미러는 캐비티 에칭 후에 제조되며, 전체 조립체는, 예를 들어, 다수의 실리콘/유리 접착 기술들 중 어느 한 기술을 이용하여, 유리 기판에 접착된다.The superstructure may be manufactured using a number of techniques. One includes bulk micromachining of silicon slabs to form cavities of precise depth, such as, for example, at least several hundred microns and thickness, such as a substrate. The inclined mirror is produced after cavity etching, and the entire assembly is bonded to the glass substrate, for example using any of a number of silicon / glass adhesion techniques.

도 17b 는 더 정교한 버전이다. 이 실시예에서는, 추가적인 주파수 선택 채널을 제공하기 위하여 제 2 튜닝가능 필터 (1739) 가 추가되었다. 즉, 2 개의 별도의 주파수가 독립적으로 선택될 수도 있다. 또한, 더 높은 정도의 집적 기능을 허용하기 위하여 검출기 (1738) 가 추가되었다.17B is a more sophisticated version. In this embodiment, a second tunable filter 1739 has been added to provide additional frequency select channels. That is, two separate frequencies may be selected independently. In addition, a detector 1738 has been added to allow a higher degree of integration functionality.

도 17c 는 집적 회로를 포함한다. 광 빔 (1750) 은 기판 (1770) 에 커플링되었으며, 튜닝가능 필터 (1752) 상으로 입사한다. 이 필터는 그 필터의 이동가능 미러의 표면상에 제조되는 재-커플링 미러 (1756) 을 포함한다는 점에서 도 17a 및 17b 의 필터와 상이하다. 미러의 각도는 필터 (1752) 에 의해 선택된 주파수가 광 빔 (1758) 의 형태의 법선 각도로 기판에 직접 커플링되도록 한다. 광 빔 (1750) 에 포함되는 나머지 주파수들은 전파하는 빔 (1756) 에 수직인 표면을 제공하도록 기울어진 재-커플링 미러 (1760) 을 만날 때까지 전파한다. 따라서, 그 빔은 그 장치로부터, 광학적으로 접속되는 또 다른 장치들에 의해 사용될수도 있는 경로를 되돌아간다. 광 빔 (1758) 은 이 빔내에서 정보를 검출 및 디코딩할 수 있는 IC (1764) 상으로 입사한다. 이 IC 는 광을 포함하는 정보에 직접 커플링되는 것으로부터 이익을 얻을 수 있는 FPGA 또는 기타 실리콘, 실리콘/게르마늄, 또는 갈륨 비소 장치 기반 집적 회로의 형태일 수도 있다. 예를 들어, 높은 대역폭의 광학 배선은 양방향성 광 경로 (1772) 로 인해 IC 들 (1764 및 1762) 사이에 형성될 수도 있다. 이것은 미러 (1766) 과 재-커플링 미러 (1768) 의 조합에 의해 형성된다. IC 들이 수직 캐비티 표면 방출 레이저 (VCSELS) 또는 광 방출 다이오드들 (LEDs) 과 같은 구성요소들을 포함할 경우에, 광은 각각의 ICs 에 의해 방출될 수 있다. 광은 임의의 수의 광학적으로 민감한 구성요소들에 의해 검출될 수 있으며, 그 구성요소들의 특성은 IC 를 제조하는데 이용되는 반도체 기술에 의존한다. 또한, IC 상으로 입사하는 광은 광을 전파하는 기판에 노출되는 IC 표면상에 제조되는 IMods 에 의해 변조될 수도 있다.17C includes an integrated circuit. Light beam 1750 is coupled to substrate 1770 and is incident on tunable filter 1702. This filter differs from the filter of FIGS. 17A and 17B in that it includes a re-coupling mirror 1756 fabricated on the surface of the filter's movable mirror. The angle of the mirror causes the frequency selected by filter 1552 to be coupled directly to the substrate at a normal angle in the form of light beam 1758. The remaining frequencies included in the light beam 1750 propagate until they encounter the tilted re-coupling mirror 1760 to provide a surface perpendicular to the propagating beam 1756. Thus, the beam travels back from the device, a path that may be used by other devices that are optically connected. Light beam 1758 is incident on an IC 1764 that can detect and decode information within the beam. This IC may be in the form of an FPGA or other silicon, silicon / germanium, or gallium arsenide device based integrated circuit that may benefit from being directly coupled to information containing light. For example, high bandwidth optical wiring may be formed between the ICs 1764 and 1762 due to the bidirectional optical path 1772. This is formed by the combination of the mirror 1766 and the re-coupling mirror 1768. When the ICs include components such as vertical cavity surface emitting lasers (VCSELS) or light emitting diodes (LEDs), light can be emitted by the respective ICs. Light can be detected by any number of optically sensitive components, the properties of which depend on the semiconductor technology used to manufacture the IC. In addition, light incident on the IC may be modulated by IMods fabricated on the IC surface exposed to the substrate propagating light.

기판 도파관을 이용한 광학 믹서Optical Mixer Using Substrate Waveguide

도 18a 및 18b 는 기판/도파관의 TIR 버전을 이용하여 구현되는 2-채널 광학 믹서의 도면이다. 도 18a 는 그 장치의 개략도를 나타낸 것이다. 다중 파장들을 포함하는 광은 2 개의 독립적인 가변 감쇠기 (1805) 를 향하여 지향되고 분리되는 2 개의 특정 파장 (1801 및 1803) 을 가진다. 그 후, 그 파장들은 수개의 채널들 (1807) 및 광학 스톱 (optical stop; 1813) 으로 출력된다.18A and 18B are diagrams of two-channel optical mixers implemented using the TIR version of the substrate / waveguide. 18A shows a schematic of the device. Light comprising multiple wavelengths has two specific wavelengths 1801 and 1803 that are directed and separated towards two independent variable attenuators 1805. The wavelengths are then output to several channels 1807 and an optical stop 1813.

도 18b 는 일 구현을 나타낸 것이다. 입력 광은 파이버 커플러 (1800) 을 통하여, 반사방지 코팅 (1802) 를 통하여 장치에 지향되며, 재-커플링 미러(1806) 을 이용하여 기판에 커플링된다. 재-커플링 미러는 주파수 λ1 (빔 (1815)) 로 분리하는 튜닝가능 필터 (1808) 로 광을 지향하며, 선택되지 않은 모든 주파수들은 TIR 를 통한 추가적인 다운스트림을 전파하는 빔 (1819) 의 나머지 주파수들과 함께 주파수 λ2 (빔 (1817)) 로 분리하는 제 2 튜닝가능 필터 (1809) 를 지향한다. 튜닝가능 필터 (1808) 에 의해 송신되는 빔 (1815) 의 경로를 따르면, 그 광은 AR 코팅을 통과하고 미러 (1810) 을 통하여 기판 도파관으로 재지향되며, 기판에 재-커플링된다. 재-커플링 미러 (1811) 은 빔 (1815) 를 감쇠기 (1812) 에 향하도록 지향하며, 그 빔은 제 2 튜닝가능 필터 (1809) 에 의해 선택된 빔 (1817) 과 평행한 경로를 계속 따른다. 이들 2 빔들은 빔 재-위치지정기 (beam repositioner; 1816) 에 의해 위치가 시프트 (shift) 된다.18B illustrates one implementation. Input light is directed to the device through the fiber coupler 1800, through the antireflective coating 1802, and coupled to the substrate using the re-coupling mirror 1806. The re-coupling mirror directs the light to a tunable filter 1808 that separates it into a frequency λ 1 (beam 1815), with all unselected frequencies remaining the remainder of the beam 1819 propagating additional downstream through the TIR. Directing a second tunable filter 1809 that separates the frequencies with frequency λ2 (beam 1817). Following the path of the beam 1815 transmitted by the tunable filter 1808, the light passes through the AR coating and is redirected through the mirror 1810 to the substrate waveguide and re-coupled to the substrate. The re-coupling mirror 1811 directs the beam 1815 to face the attenuator 1812, which continues to follow a path parallel to the beam 1817 selected by the second tunable filter 1809. These two beams are shifted in position by a beam repositioner 1816.

이러한 구조물은 미러가 기판 표면에 평행하다는 것만 제외하고는 재-커플링 미러와 동일한 결과를 산출한다. 미러는 기판 표면상의 고정된 거리에 매달려 있기 때문에, 반대 기판 인터페이스로 입사하는 점의 위치는 우측으로 시프트된다. 이 시프트는 재-위치지정기의 높이에 의해 직접 결정된다. 또한, 선택되지 않은 파장을 포함하는 빔 (1819) 는 재-위치지정기 (1818) 에 의해 시프트된다. 이에 따라, 3 개의 모든 빔들은 그들이 디커플링 스위치들 (1820 및 1824) 의 어레이로 입사할 때에 동일하게 분리된다. 이들은 2 개의 광학 컴바이너들 (1828) 중 하나 또는 검출기/흡수기 (1830) 으로 빔을 재지향하도록 선택적으로 제공된다. 광학 컴바이너는 다양한 기술들을 이용하여 제조할 수도 있다. 일 방법은, 반응 이온 에칭을 이용하여, 렌즈에 형성되는 자신의 최상부면을 갖는, 기둥 형태로패턴되는 중합막이다. 기판과 접착되는 반도체 장치를 구비하는 흡수기/검출기는 믹서의 출력 전력의 측정을 가능하도록 제공된다. 광학 상부구조물 (1829) 는 외부 광학 구성요소를 지지하며, 믹서에게 기밀 패키지를 제공한다.This structure produces the same results as a re-coupling mirror except that the mirror is parallel to the substrate surface. Since the mirror is suspended at a fixed distance on the substrate surface, the position of the point entering the opposite substrate interface is shifted to the right. This shift is directly determined by the height of the relocator. In addition, the beam 1819 containing the unselected wavelength is shifted by the re-locator 1818. Thus, all three beams are equally separated when they enter the array of decoupling switches 1820 and 1824. These are optionally provided to redirect the beam to one of the two optical combiners 1828 or to the detector / absorber 1830. Optical combiners may be manufactured using various techniques. One method is a polymeric film patterned in the form of a column having its top surface formed in a lens using reactive ion etching. An absorber / detector having a semiconductor device bonded to the substrate is provided to enable measurement of the output power of the mixer. Optical superstructure 1829 supports the external optical component and provides a hermetic package to the mixer.

평면 IMods 와 기판 도파관의 조합은 용이하게 제조되고 구성되는 광학 장치의 부류를 제공하며, 그 장치가 도파관 및/또는 상부구조물에 상주하여 도파관과 상부구조물 사이 및 도파관 내에서 전파하는 광에 영향을 줄 수 있기 때문에, 외부 세계에 커플링된다. 모든 구성요소들이 평면 방식으로 제조되기 때문에, 넓은 지역에 대한 벌크 제조에 의해 규모의 절약을 달성할 수 있으며, 상이한 피스들 (pieces) 을 용이하고 정확하게 정렬 및 접착시킬 수도 있다. 또한, 모든 활성 구성요소들은 기판에 법선 방향으로의 동작을 나타내므로, 그들은 더 정교한 비-평면 미러 및 빔들에 비하여 상대적으로 간단히 제조 및 구동된다. 활성 전자 구성요소들은 기능을 증대하기 위하여 상부구조물 또는 기판/도파관에 접착될 수도 있다. 또 다른 방법으로는, 특히, 실리콘 또는 갈륨 비소와 같은 반도체인 경우, 활성 장치들을 상부구조물의 일부로서 제조할 수도 있다.The combination of planar IMods and substrate waveguides provides a class of optical devices that are easily fabricated and constructed, which devices reside in the waveguides and / or superstructures and affect light propagating between and within the waveguides and superstructures. Because it can, it is coupled to the outside world. Since all components are manufactured in a planar manner, scale savings can be achieved by bulk manufacturing over a large area, and different pieces can be easily and accurately aligned and glued. In addition, since all active components exhibit normal operation to the substrate, they are relatively simple to manufacture and drive compared to more sophisticated non-planar mirrors and beams. Active electronic components may be attached to a superstructure or substrate / waveguide to enhance functionality. Alternatively, the active devices may be manufactured as part of a superstructure, especially in the case of semiconductors such as silicon or gallium arsenide.

프린팅 스타일 제조 프로세스들Printing Style Manufacturing Processes

평면형이며 다수의 층들이 특화된 기판을 요구하는 반도체 전기 특성을 요구하지 않기 때문에, IMods 및 기타 다수의 MEM 구조물들은 프린팅 산업 기술과 유사한 제조 기술들을 이용한다. 통상적으로, 이러한 종류의 프로세스는 연속적인 시트의 페이퍼 또는 플라스틱의 형태이며 가요성의 "기판" 을 포함한다. 웹 제공 프로세스 (web fed processes) 로서 지칭되기 때문에, 통상적으로, 그들은 일련의 툴들에 제공되는 기판 재료의 연속적인 롤 (roll) 을 포함하며, 각각은 풀 컬러 (full color) 그래픽 이미지를 연속적으로 형성하기 위하여 기판을 잉크로 선택적으로 코팅한다. 그러한 프로세스들은 제품을 고속으로 생산할 수 있기 때문에 관심을 유발한다.Because they are planar and do not require semiconductor electrical properties, where many layers require specialized substrates, IMods and many other MEM structures use fabrication techniques similar to those of the printing industry. Typically, this kind of process is in the form of a continuous sheet of paper or plastic and includes a flexible “substrate”. Because they are referred to as web fed processes, they typically comprise a continuous roll of substrate material that is provided to a series of tools, each of which successively forms a full color graphical image. The substrate is optionally coated with ink to do so. Such processes are of interest because they can produce products at high speeds.

도 19 는 단일 IMod 의 제조 및, 확대하면, IMods 의 어레이 또는 다른 마이크로 전자기계 구조물의 제조에 적용되는 시퀀스에 대한 도면이다. 웹 소스 (1900) 은 투명 플라스틱과 같은 기판 재료의 롤이다. 이 설명을 위하여, 그 롤로부터의 재료의 섹션상의 도시된 영역 (1902) 는 오직 하나의 장치만을 포함한다. 엠보싱 툴 (embossing tool; 1904) 는 플라스틱 시트로 침하하는 패턴을 새긴다. 이것은 금속 마스터 (metal master) 상에 에칭되는 돌출부들의 적절한 패턴을 갖는 금속 마스터에 의해 획득될 수 있다.FIG. 19 is a diagram of a sequence applied to the manufacture of a single IMod, and to an enlarged scale, an array of IMods or other microelectromechanical structures. Web source 1900 is a roll of substrate material, such as transparent plastic. For this description, the depicted area 1902 on the section of material from that roll includes only one device. An embossing tool 1904 inscribes the pattern of subsidence with a plastic sheet. This can be obtained by the metal master having an appropriate pattern of protrusions etched onto the metal master.

금속 마스터는 플라스틱을 변형하여 침하부를 형성하기에 충분한 압력으로 시트에 대하여 압박을 받는 드럼상에 탑재된다. 도면부호 (1906) 은 이것을 나타낸 것이다. 코팅기 (coater; 1908) 은 스퍼터링 또는 증착과 같은 널리 공지된 박막 증착 프로세스를 이용하여 재료의 얇은 층들을 증착한다. 이에 따라, 4 개의 막의 스택 (1910) 은 산화물, 금속, 산화물 및 희생막을 포함한다. 이러한 재료들은 유도형 흡수기 IMod 설계에 대응한다. 툴 (1912) 는 이들 층들을 패턴하기 위하여 포토레지스트를 살포, 경화, 및 노광한다. 일단 패턴이 한정되면, 막 에칭은 툴 (1914) 에서 발생한다. 또 다른 방법으로, 패터닝은 레이저 제거술 (laser ablation) 로 알려진 프로세스를 이용하여 달성될 수도 있다.이 경우, 레이저는 이동하는 기판과 동기되는 방식으로 재료에 대하여 스캔 (scan) 된다. 레이저의 주파수 및 전력은 관심있는 재료를 마이크론과 같은 피쳐 사이즈 (feature size) 로 증착할 수 있도록 한다. 레이저의 주파수는 기판 자신이 아니라 기판상의 재료와만 상호작용하도록 튜닝된다. 증착이 매우 신속하게 발생하기 때문에, 기판은 오직 최소로만 가열된다.The metal master is mounted on a drum that is pressed against the sheet at a pressure sufficient to deform the plastic to form a settlement. Reference numeral 1906 denotes this. Coater 1908 deposits thin layers of material using well known thin film deposition processes such as sputtering or deposition. Accordingly, the stack 1910 of four films includes oxides, metals, oxides, and sacrificial films. These materials correspond to the inductive absorber IMod design. Tool 1912 spreads, cures, and exposes photoresist to pattern these layers. Once the pattern is defined, film etching occurs in the tool 1914. Alternatively, patterning may be accomplished using a process known as laser ablation. In this case, the laser is scanned against the material in a manner synchronized with the moving substrate. The frequency and power of the laser allow the deposition of materials of interest to feature sizes such as microns. The frequency of the laser is tuned to interact only with the material on the substrate, not with the substrate itself. Since deposition occurs very quickly, the substrate is heated to a minimum.

이 장치의 예에서, 모든 막들은 동일한 패턴으로 에칭된다. 이것은 도면부호 (1918) 에 도시되어 있으며, 포토레지스트는 툴 (1916) 의 적용 이후에 제거된다. 툴 (1920) 은 IMod 의 구조층 (structural layer) 이 될 것을 증착하는 또 다른 증착 툴이다. 알루미늄은 이 층 (1922) 에 대한 하나의 후보이다. 또한, 이 재료는 최소의 잔류 스트레스 (residual stress) 를 나타내며 다양한 PVD 및 PECVD 기술을 이용하여 증착될 수도 있는 유기 재료를 포함할 수도 있다. 이 층은 각각 툴들 (1924, 1926, 및 1928) 을 이용하여 포토레지스트를 연속적으로 패터닝, 에칭, 및 제거시킨다. 툴 (1930) 은 희생층을 에칭하는데 사용한다. 만약 그 층이 실리콘이면, 이것은 그러한 목적으로 사용되는 가스 상태의 에천트 (echant) 인 XeF2 를 이용하여 달성될 수 있다. 그 결과는 IMod 를 형성하는 자기-지지 멤브레인 구조물 (1922) 이다.In the example of this apparatus, all the films are etched in the same pattern. This is shown at 1918 and the photoresist is removed after application of the tool 1916. Tool 1920 is another deposition tool that deposits what will be the structural layer of the IMod. Aluminum is one candidate for this layer 1922. In addition, the material may include organic materials that exhibit minimal residual stress and may be deposited using various PVD and PECVD techniques. This layer uses tools 1924, 1926, and 1928, respectively, to continuously pattern, etch, and remove photoresist. Tool 1930 is used to etch the sacrificial layer. If the layer is silicon, this can be achieved using XeF2, a gaseous etchant used for that purpose. The result is a self-supporting membrane structure 1922 forming an IMod.

이에 따라 생성된 장치의 패키징은 가요성 시트 (1933) 을 기판 시트의 최상부 표면에 접착하여 달성된다. 또한, 이것은 코팅 툴 (1934) 를 이용하여, 금속과 같은 기밀 막으로 코팅되는 연속적인 롤 (1936) 에 의해 제공된다. 2 개의 시트는 접착 툴 (1937) 을 이용하여 접착되어, 이에 따라 패키징된 장치 (1940)을 산출한다.Packaging of the device thus produced is accomplished by adhering the flexible sheet 1933 to the top surface of the substrate sheet. This is also provided by a continuous roll 1936 coated with an airtight film such as metal using the coating tool 1934. The two sheets are glued using an adhesive tool 1937, thereby yielding a packaged device 1940.

스트레스 측정Stress measurement

잔류 스트레스는 MEM 구조물의 설계 및 제조상의 하나의 인자이다. 구조 멤버들이 제조 프로세스 동안 기계적으로 릴리스되는 또 다른 구조물들 및 IMods 에서, 잔류 스트레스는 그 멤버의 결과적인 기하학적 구조물을 결정한다.Residual stress is a factor in the design and manufacture of MEM structures. In other structures and IMods, where structural members are mechanically released during the manufacturing process, the residual stress determines the resulting geometric structure of the member.

간섭계 장치와 같은 IMod 는 이동가능 멤브레인의 결과적인 기하학적 구조에서의 변형에 민감하다. 반사된 컬러, 또는 또 다른 설계의 경우에 송신된 컬러는 캐비티의 에어 갭 간격의 직접적인 함수이다. 따라서, 캐비티의 길이를 따른 이 거리에서의 변형은 컬러의 허용할 수 없는 변형을 야기할 수 있다. 한편, 이러한 특성은, 컬러에서의 변형이 멤브레인에서의 변형 정도 및 그 변형을 결정하는데 사용될 수 있기 때문에, 구조물 자신의 잔류 스트레스를 결정하기에 유용한 툴이다. 어떠한 재료의 변형 상태를 아는 것은 재료에서의 잔류 스트레스의 결정을 가능케 한다. 컴퓨터 모델링 프로그램 및 알고리즘은 이것을 결정하는데 변형 상태에 대한 2-차원 데이터를 사용할 수 있다. 따라서, IMod 구조물은 이러한 평가에 대한 툴을 제공할 수 있다.IMods, such as interferometer devices, are sensitive to deformations in the resulting geometry of the movable membrane. The reflected color, or in the case of another design, the transmitted color is a direct function of the air gap spacing of the cavity. Thus, deformation at this distance along the length of the cavity can cause unacceptable deformation of the color. On the other hand, this property is a useful tool for determining the residual stress of the structure itself, since the deformation in color can be used to determine the degree of deformation in the membrane and its deformation. Knowing the deformation state of any material enables the determination of residual stresses in the material. Computer modeling programs and algorithms can use two-dimensional data about the deformation state to determine this. Thus, the IMod structure can provide a tool for this assessment.

도 20a 및 20b 는 IMod 가 이러한 방식으로 사용될 수 있는 방법에 대한 실시예를 나타낸 것이다. IMods (2000 및 2002) 는 측면 개략도 및 저면 개략도 (즉, 기판을 통하여 바라봄) 로 도시되어 있다. 그것들은 각각 이중 캔틸레버 (cantilever) 및 단일 캔틸레버의 형태이다. 이 경우, 구조 재료는 잔류 스트레스를 갖지 않으며, 2 개의 멤브레인은 변형을 나타내지 않는다. 기판을 통하여 바라볼 때, 장치들은 그 장치들이 형성되는 스페이서 층 (spacer layer) 의 두께에 의해 결정되는 유니폼 컬러를 나타낸다. IMods (2004 및 2006) 은 하부 보다는 상부에 대하여 더 압축하는 스트레스 기울기 (stress gradient) 로 도시되어 있다. 따라서, 구조 멤브레인은 변형을 나타내며, 저면도는 생성되는 컬러 변화의 특성을 나타낸다. 예를 들어, 만약 컬러 영역 (2016) 이 녹색이면, 컬러 영역 (2014) 는 기판에 더 근접해 있기 때문에 청색은 나타낼 것이다. 이와 반대로, 컬러 영역 (2018; 이중 캔틸레버상에 도시됨) 은 더 멀기 때문에 적색일 것이다. IMods (2008 및 2010) 은 스트레스 기울기가 저부 보다 최상부에서 더 높은 장력 스트레스를 나타내는 상태로 도시되어 있다. 구조 멤버들은 적절히 변형되므로, 컬러 영역들도 변한다. 이 경우, 영역 (2020) 은 적색이지만, 영역 (2022) 는 백색이다.20A and 20B illustrate embodiments of how IMod can be used in this manner. IMods (2000 and 2002) are shown in side schematic and bottom schematic (ie, looking through a substrate). They are in the form of double cantilever and single cantilever respectively. In this case, the structural material has no residual stress, and the two membranes do not show deformation. When viewed through a substrate, the devices exhibit a uniform color that is determined by the thickness of the spacer layer on which they are formed. IMods (2004 and 2006) are shown with a stress gradient that compresses more about the top than the bottom. Thus, the structural membrane exhibits deformation, and the bottom view shows the nature of the color change produced. For example, if color region 2016 is green, blue will appear because color region 2014 is closer to the substrate. In contrast, the color region 2018 (shown on the double cantilever) will be red because it is further away. IMods (2008 and 2010) are shown with stress gradients showing higher tensile stress at the top than at the bottom. Since the structural members deform properly, the color regions also change. In this case, region 2020 is red, but region 2022 is white.

도 20b 에서는, 증착 막의 잔류 스트레스 상태에 신속하고 정확하게 액세스하는데 이용될 수 있는 시스템이 도시되어 있다. 웨이퍼 (2030) 은 변하는 길이 및 폭을 갖는 단일 및 이중 캔틸레버형 멤브레인으로 이루어진 IMod 구조물들의 어레이를 포함한다. 기계적이고 잔류하는 스트레스 특성을 잘 특성화하는 재료로부터 구조 멤브레인들을 제조한다. 많은 재료들이 가능하며, 이 경우, IMods 가 디스플레이용으로 이용되지 않으면, 많은 재료들이 매우 저감할 수 있는 필수 반사율의 제한에 따른다. 양호한 후보들은 제조 관점에서 호환가능하거나 호환가능할 수 있으며, 어느 정도의 굴절율을 나타내며, 자신의 기계적인 특성들이 높은 정확도로 특성화되고 특성화될 수 있는 결정 형태의 재료들 (실리콘, 알루미늄,게르마늄) 을 포함한다. 이들 "테스트 구조물들" 은 독립하여 존재하도록 제조 및 릴리스된다. 만약 재료들이 스트레스가 없으면, 구조물들은 컬러 변형을 나타내지 않아야 한다. 그러나, 이것이 그러한 경우가 아니면, 컬러 상태 또는 컬러 맵 (maps) 은, 광학 시스템 (2032) 통하여 높은 배율의 이미지들을 획득할 수 있는 높은 해상도의 이미징 장치 (2034) 를 사용하여 레코딩 (record) 될 수도 있다.In FIG. 20B, a system that can be used to quickly and accurately access the residual stress state of the deposited film is shown. Wafer 2030 includes an array of IMod structures consisting of single and double cantilevered membranes of varying length and width. Structural membranes are prepared from materials that characterize mechanical and residual stress properties. Many materials are possible, in which case, if IMods are not used for the display, many materials are subject to the necessary reflectance limit, which can be greatly reduced. Good candidates may be compatible or compatible from a manufacturing standpoint, exhibit some degree of refractive index, and include crystalline forms of materials (silicon, aluminum, germanium) whose mechanical properties can be characterized and characterized with high accuracy. do. These "test structures" are manufactured and released to exist independently. If the materials are not stressed, the structures should not show color deformation. However, if this is not the case, the color state or color maps may be recorded using a high resolution imaging device 2034 capable of obtaining high magnification images through the optical system 2032. have.

이미징 장치는, 하드웨어에 상주하고 이미지 데이터를 레코딩하고 처리할 수 있는 컴퓨터 시스템 (2036) 에 접속된다. 하드웨어는 수치 계산을 고속으로 수행하도록 용이하게 이용가능한 고속 처리 보드들을 포함할 수 있다. 소프트웨어는 컬러 정보를 수집하고 표면 변형을 계산하도록 수집 루틴들 (collection routines) 로 이루어질 수도 있다. 코어 루틴 (core routine) 은 변형 데이터를 사용하여, 전체 형상을 생성할 수 있는 멤브레인의 두께에 걸쳐서, 유니폼 스트레스와 스트레스 기울기에 대한 최적의 조합을 결정한다.The imaging device is connected to a computer system 2036 that resides in hardware and is capable of recording and processing image data. The hardware may include high speed processing boards readily available to perform numerical calculations at high speed. The software may consist of collection routines to collect color information and calculate surface deformation. The core routine uses the deformation data to determine the optimal combination of uniform stress and stress gradient over the thickness of the membrane that can produce the overall shape.

실시의 일 모드는 비-증착된 스트레스 상태의 상세한 레코드를 갖는 일군의 "미사용 (virgin)" 테스트 웨이퍼들을 생성하여 레이터 사용용으로 남겨둘 수 있다. 증착 막의 잔류 스트레스를 결정하는 요구가 발생할 경우, 테스트 웨이퍼가 선택되며 그것의 최상부상에 막이 증착된다. 증착된 막은 구조체들의 기하학적인 구조를 변경하여, 그들의 컬러 맵도 변경한다. 컴퓨터 시스템에 상주하는 소프트웨어를 이용하여, 전후의 테스트 웨이퍼의 컬러 맵들을 비교할 수 있으며, 증착 막에서의 잔류 스트레스에 대하여 정확하게 평가할 수 있다. 또한,테스트 구조물들은 증착 이후에 동작하도록 설계될 수도 있다. 신규하게 증착된 막과 함께 작동 중의 그들의 동작에 대한 관측은 잔류 스트레스 및 다수의 동작 사이클에 대한 막 특성 변화에 대한 훨씬 더 많은 정보를 제공할 수 있다.One mode of implementation can generate a group of "virgin" test wafers with a detailed record of non-deposited stress conditions and leave them for radar use. If a demand arises to determine the residual stress of the deposited film, a test wafer is selected and the film is deposited on top of it. The deposited film changes the geometric structure of the structures, thus changing their color map. Using software residing in a computer system, color maps of the test wafers before and after can be compared, and an accurate assessment of the residual stress in the deposited film can be made. In addition, the test structures may be designed to operate after deposition. Observations on their behavior during operation with the newly deposited films can provide much more information about residual stresses and changes in film properties over multiple operating cycles.

또한, 이러한 기술은 증착시 필름의 스트레스를 결정하는데 이용될 수도 있다. 증착 시스템의 적절한 변경으로, 광학 경로는 이미징 시스템으로 하여금 구조물을 관측하고 실시간으로 그들의 컬러 맵의 변화를 추적하도록 하게 생성될 수도 있다. 이것은 이러한 방식으로 잔류 스트레스를 제어하도록 시도할 때의 증착 파라미터들을 제어하도록 실시간 피드백 시스템을 촉진한다. 소프트웨어 및 하드웨어는 테스트 웨이퍼에게 주기적으로 질의할 수도 있으며, 증착 툴 운영자로 하여금 막이 성장함에 따라 조건을 변경하도록 할 수도 있다. 이러한 전체 시스템은 잔류 스트레스를 측정하는 또 다른 기술보다 우수하며, 이들은 전자 기계적인 동작에만 의존하거나, 더 비싸고 복잡한 간섭계 시스템을 이용하여 제조된 구조물들의 변형을 측정한다. 전자 (前者) 는 장치들의 큰 어레이에 구동 전자장치를 제공하는 요구를 받으며, 변위를 전자적으로 측정할 시의 부정확도를 겪는다. 후자 (後者) 는 막들의 광학적인 특성을 관측에 따르며, 요구되는 외부 광학장치 및 하드웨어의 복잡도에 의존한다.This technique may also be used to determine the stress of the film upon deposition. With appropriate modifications of the deposition system, optical paths may be generated to cause the imaging system to observe the structures and track changes in their color maps in real time. This facilitates a real time feedback system to control deposition parameters when attempting to control residual stress in this manner. The software and hardware may periodically query the test wafer and may allow the deposition tool operator to change conditions as the film grows. This entire system is superior to other techniques for measuring residual stresses, which rely solely on electromechanical operation or measure the deformation of structures fabricated using more expensive and complex interferometer systems. The former is required to provide driving electronics to a large array of devices, and suffer from inaccuracies in measuring displacements electronically. The latter depends on the observation of the optical properties of the films and depends on the complexity of the external optics and hardware required.

불연속적인 막Discontinuous membrane

흥미있는 특성을 갖는 또 다른 부류의 재료는 그 구조가 동일 (homogeneous) 하지 않는 막이다. 이러한 막은 수개의 형태로 발생할 수 있으며, 이들을 총칭하여 불연속적인 막 (discontinuous films) 이라고 칭한다. 도 21a 는 불연속적인 막의 일 형태를 나타낸 것이다. 기판 (2100) 은 금속, 절연체, 또는 반도체일 수 있으며, 그 표면으로 에칭된 컨투어 (2104, 2106, 및 2108) 을 가진다. 그 컨투어는 관심있는 광 파장의 몇 분의 1 인 높이 (2110) 을 가져야 하는 개별 구조 프로파일을 포함하며, 도면부호 (2104; 삼각형), 도면부호 (2106; 원통형), 및 도면부호 (2108; 클롭펜스타인 테이퍼 (klopfenstein taper)) 에 도시된 것과 유사한 프로파일을 획득하기 위하여, 포토리소그래픽 기술 및 화학적 에칭 기술을 이용하여 에칭된다. 또한, 개별 프로파일들 중 어느 프로파일의 베이스 (2102) 의 유효 직경은 패턴의 높이와 유사하다. 각각의 컨투어는 약간 상이하지만, 모든 컨투어들은, 기판으로의 입사로부터 횡단함에 따라, 유효 굴절율은 입사 매체의 굴절율로부터 막 기판 (2100) 자신의 굴절율로 점진적으로 이동한다는 특성을 공통적으로 공유한다. 이러한 타입의 구조물들은, 그들이 각도 의존성으로부터 그 만큼 경험하지 않기 때문에, 박막들의 조합으로 형성되는 것에 비하여 더 우수한 반사방지 코팅으로서 작용한다. 따라서, 그들은 더 넓은 범위의 입사 각도로부터 더 높은 굴절방지율을 유지한다.Another class of materials with interesting properties is membranes whose structure is not homogeneous. Such membranes may occur in several forms, collectively referred to as discontinuous films. 21A shows one form of a discontinuous film. Substrate 2100 may be a metal, insulator, or semiconductor and has contours 2104, 2106, and 2108 etched into its surface. The contour includes an individual structural profile that must have a height 2110 that is a fraction of the wavelength of light of interest, and includes 2104 (triangle), 2106 (cylindrical), and 2108 (cloak). In order to obtain a profile similar to that shown in klopfenstein taper, it is etched using photolithographic and chemical etching techniques. Also, the effective diameter of the base 2102 of any of the individual profiles is similar to the height of the pattern. Although each contour is slightly different, all the contours share a common property that, as they cross from incident to the substrate, the effective refractive index gradually shifts from the refractive index of the incident medium to the refractive index of the membrane substrate 2100 itself. Structures of this type act as better antireflective coatings than those formed from a combination of thin films, because they do not experience that much from angle dependence. Thus, they maintain higher anti-reflection rates from a wider range of incidence angles.

도 21b 는 기판 (2122) 상에 증착되고, 금속, 절연체, 또는 반도체로 이루어질 수 있는 코팅 (2120) 을 나타낸 것이다. 이 경우, 막은 대략 1000 옹스트롱보다 작은 두께로, 초기 단계의 형성으로 존재한다. 대부분의 증착 프로세스 동안, 막들은 점진적인 핵생성 프로세스 (nucleation process) 를 겪게 되어, 그 막들이 서로 결합하기 시작하여, 어느 지점에서, 연속적인 막을 형성할 때까지 점점 더 크게 성장하는 재료 영역 (material localities) 을 형성한다. 도면부호(2124) 는 이 막의 평면도를 나타낸 것이다. 초기 단계에서의 막의 광학적인 특성은 연속적인 막과는 상이하다. 금속의 경우, 막은 연속적인 균등물 보다 더 높은 손실을 나타내는 경향이 있다.FIG. 21B shows a coating 2120 deposited on a substrate 2122 and that may be made of metal, insulators, or semiconductors. In this case, the film is present in the formation of an initial stage, with a thickness of less than approximately 1000 Angstroms. During most deposition processes, the films undergo a gradual nucleation process whereby the films begin to bond with each other and at some point grow larger and larger until they form a continuous film. ). Reference numeral 2124 denotes a plan view of this film. The optical properties of the film at the initial stage are different from the continuous film. In the case of metals, the film tends to show higher losses than continuous equivalents.

도 21c 는 불연속적인 막의 제 3 형태를 나타낸 것이다. 이 경우, 막 (2130) 은 연속적인 것으로 간주되도록, 기판 (2132) 상에 최소 1 천 옹스트롱의 두께로 증착되었다. "부파장 (subwavelength)"(즉, 관심있는 파장보다 더 작은 직경) 홀 (2134) 의 패턴은 전술한 자기-조립 방법과 유사한 기술들을 이용하여 재료내에 생성된다. 이 경우, 중합체는 반응 이온 에칭 기술을 이용하여 에칭되는 홀 및 하부 재료에 에칭 패턴을 전송하는 마스크로서 동작할 수 있다. 그 재료는 연속적이지만 관통되었기 때문에, 도 21b 의 초기 단계 막과 같이 동작하지는 않는다. 대신, 자신의 광학적인 특성은, 입사하는 방사가 더 낮은 손실을 겪으며 표면 플라즈몬 (plasmons) 에 기초하여 전송 피크를 나타낼 수도 있다는 점에서, 에칭되지 않은 막과는 상이하다. 또한, 홀 및 입사 각도와 입사하는 매체의 굴절율의 기하학적인 구조는 송신되는 광의 스펙트럼 특성을 제어하도록 처리될 수도 있다. 도면부호 (2136) 은 이 막의 평면도를 나타낸 것이다. 이들과 같은 막들은 Tae Jin Kim 의 논문 "Control of optical transmission through metals perforated with subwavelength hole arrays" 에 개시되어 있다. 그들은 구조상으로는 일반적이지만, PBGs 과는 상이하다.21C shows a third form of discontinuous film. In this case, the film 2130 was deposited on the substrate 2132 with a thickness of at least one thousand angstroms so that it was considered continuous. The pattern of “subwavelength” (ie, diameter smaller than the wavelength of interest) holes 2134 are created in the material using techniques similar to the self-assembly method described above. In this case, the polymer can act as a mask to transfer the etching pattern to the holes and underlying material that are etched using reactive ion etching techniques. Since the material is continuous but penetrated, it does not behave like the initial stage membrane of FIG. 21B. Instead, its optical properties are different from unetched films in that incoming radiation suffers lower losses and may exhibit transmission peaks based on surface plasmons. In addition, the geometric structure of the hole and the angle of incidence and the refractive index of the incident medium may be processed to control the spectral characteristics of the transmitted light. Reference numeral 2136 denotes a plan view of this film. Membranes such as these are disclosed in Tae Jin Kim's article, "Control of optical transmission through metals perforated with subwavelength hole arrays." They are general in structure but different from PBGs.

이들 타입의 모두 3 개의 불연속적인 막들은 IMod 구조물에 포함되기 위한 후보들이다. 즉, 그들은 IMod 구조물의 정적 및/또는 이동가능 부분에서 하나이상의 금속막들로서 동작한다. 3 가지 모두는 변하는 두께를 갖는 막들의 조합 대신에 개별적인 막의 구조 및 기하학적인 배열에 주로 의존하는 방식으로 처리될 수 있는 고유의 광학적인 특성을 나타낸다. 그들은 그들이 포함할 수 있는 또 다른 전자적, 광학적 및 기계적인 엘리먼트들과 함께 사용될 수도 있다. 매우 간단한 경우에, 각각의 이들 막의 광학적인 특성은 표면 전도 또는 광학 간섭을 통하여 또 다른 막들에 근접하거나 접촉하게 함으로써 변경될 수도 있다. 이것은 막 전도율을 직접 변경 및/또는 주변 매체의 유효 굴절율을 변경함으로써 발생할 수 있다. 따라서, 개별 IMod 에 더 복잡한 광학적인 응답이 덜 복잡한 제조 프로세스를 갖는 더 간단한 구조물로 달성될 수 있다.All three discrete films of this type are candidates for inclusion in the IMod structure. That is, they operate as one or more metal films in the static and / or movable portions of the IMod structure. All three exhibit inherent optical properties that can be processed in a manner that depends primarily on the structure and geometric arrangement of the individual films instead of combinations of films with varying thicknesses. They may be used with other electronic, optical and mechanical elements that they may contain. In a very simple case, the optical properties of each of these films may be altered by bringing them into proximity or contact with other films through surface conduction or optical interference. This can occur by directly changing the membrane conductivity and / or by changing the effective refractive index of the surrounding medium. Thus, more complex optical responses to individual IMods can be achieved with simpler structures with less complex manufacturing processes.

또 다른 실시형태들은 다음 청구의 범위 내에 있다.Still other embodiments are within the scope of the following claims.

Claims (51)

디스플레이의 관측 표면상에 반사방지 코팅을 구비하는 반사형 디스플레이로서,A reflective display having an antireflective coating on the viewing surface of the display, 상기 반사방지 코팅은 상기 디스플레이의 콘트라스트 비율을 증대시키도록 구성되는, 반사형 디스플레이.And the antireflective coating is configured to increase the contrast ratio of the display. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 간섭계 변조기들을 구비하는, 반사형 디스플레이.Reflective display having interferometric modulators. 평면 기판상의 모놀리식 제조물 (monolithic fabrication) 를 구비하는 아크-램프 구조물로서,An arc-lamp structure having a monolithic fabrication on a planar substrate, 상기 제조물은, 상기 기판의 증착된 박막들 및/또는 재료를 구비하며, 박막 전극들을 구비하여 그들 사이에 아크 (arc) 를 형성하는, 아크-램프 (arc-lamp) 구조물.The article of manufacture comprises an deposited thin film and / or material of the substrate, the thin film electrodes having an arc therebetween to form an arc therebetween. 제 3 항의 아크-램프 구조물을 구비하는 투과형 또는 반사형 디스플레이 장치.A transmissive or reflective display device comprising the arc-lamp structure of claim 3. 디바이스의 로우 (또는 컬럼) 에 바이어스 전압을 인가하는 단계; 및Applying a bias voltage to the row (or column) of the device; And 상기 바이어스 전압값에 대하여 컬럼 (또는 로우) 에 데이터 전압을 교대로 인가하는 단계를 포함하는 라인 (line-at-a-time) 전자 구동 방법으로서,A line-at-a-time electronic drive method comprising alternately applying a data voltage to a column (or row) with respect to the bias voltage value, the method comprising: 상기 디바이스의 동작은 상기 데이터 전압값들간의 차이 및 선택 전압이 소정의 제 1 레벨 보다 클 때에 발생하며,Operation of the device occurs when a difference between the data voltage values and a selection voltage is greater than a predetermined first level, 상기 디바이스의 릴리스는 상기 데이터 전압값들간의 차이 및 선택 전압이 소정의 제 2 최하 레벨 보다 작을 때에 발생하며, 그리고,Release of the device occurs when the difference between the data voltage values and the select voltage is less than a predetermined second lowest level, and 상기 디바이스는 상기 선택 전압이 상기 바이어스 레벨일 때에 자신의 상태를 유지하는, 라인 전자 구동 방법.And the device maintains its state when the select voltage is at the bias level. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 디바이스는 다중 MEMS 디바이스들을 구비하는, 라인 전자장치 구동 방법.And the device comprises multiple MEMS devices. 백색 및 포화된 (saturated) 컬러의 제어된 양을 제공하도록 각각 구성되는 픽셀 엘리먼트들을 구비하는 반사형 디스플레이; 및A reflective display having pixel elements each configured to provide a controlled amount of white and saturated color; And 상기 픽셀들을 제어하여 풀-컬러 (full-color) 디스플레이를 제공하는 제어기를 구비하는 장치.And a controller for controlling the pixels to provide a full-color display. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 디스플레이는 간섭계 변조기들을 구비하는, 장치.And the display comprises interferometric modulators. 임의의 선택된 하나 이상의 다중 소프트웨어 애플리케이션들 또는 기능들을 수행하도록 재-구성가능한 코어 비-범용 프로세서; 및A core non-universal processor reconfigurable to perform any selected one or more multiple software applications or functions; And 임의의 소프트웨어 애플리케이션들 또는 기능들을 사용하기 위하여, 사용자로 하여금 상기 프로세서를 재구성하도록 하는 제어 엘리먼트를 구비하는 전자 제품.An electronic product having a control element for causing a user to reconfigure the processor to use any software applications or functions. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 주변장치들 (peripherals) 을 더 구비하되,With more peripherals, 상기 주변장치들은 상기 코어 프로세서의 구성에 기초하여, 상호작용을 위해 사용되거나 재구성되거나 액세스가능한, 전자 제품.The peripherals are used, reconfigured or accessible for interaction based on the configuration of the core processor. 변조기의 동작을 제공하는 캐비티; 및A cavity providing operation of the modulator; And 간섭 효과를 제공하는 별도의 캐비티를 구비하는 간섭계 변조기.An interferometric modulator having a separate cavity providing an interference effect. 변조기의 동작과 관련되는 구조물; 및A structure associated with the operation of the modulator; And 벽들을 갖는 간섭계 캐비티를 구비하는 간섭계 변조기로서,An interferometric modulator having an interferometer cavity having walls, 상기 구조물이 상기 간섭계 캐비티의 벽들 중 적어도 하나의 벽에 의해 방해받는, 간섭계 변조기.And the structure is interrupted by at least one of the walls of the interferometer cavity. 박막 스택; 및Thin film stacks; And 변조기의 동작과 관련된 구조물을 구비하는 간섭계 변조기로서,An interferometric modulator having a structure associated with the operation of the modulator, 상기 구조물은 상기 박막 스택상에 직접 증착되고,The structure is deposited directly on the thin film stack, 상기 구조물 및 상기 스택의 간섭에 의해 상기 스택이 최소량의 광을 반사하는, 간섭계 변조기.And the stack reflects a minimum amount of light by interference of the structure and the stack. 일 동작 모드에서는, 유도된 잔류 스트레스에 의해 나선형으로 구성되며, 그리고, 또 다른 동작 모드에서는, 광에 대하여 간섭적으로 작용하는 플레이트 (plate) 를 형성하도록 롤링 (roll) 되지 않는 이동가능 벽을 구비하는 간섭계 변조기.In one mode of operation, it is constructed helically by induced residual stresses, and in another mode of operation, with movable walls that do not roll to form a plate that acts coherently with respect to light. Interferometric modulator. 지지하는 기판상에 유지되며, 광 경로를 선택적으로 방해하도록 구성되며, 상기 지지하는 기판 표면에 대하여 법선 평면에서, 힌지 (hinge) 에 대하여 순환적으로 이동가능하며, 그리고, 플레이트와 상기 기판 표면에서의 전극 사이에 인가되는 정전기력에 의해 구동되는 이동가능 플레이트를 구비하는 모놀리식 MEM 변조기.Retained on the supporting substrate, configured to selectively obstruct the optical path, cyclically movable relative to the hinge in the normal plane with respect to the supporting substrate surface, and at the plate and the substrate surface A monolithic MEM modulator having a movable plate driven by an electrostatic force applied between electrodes of the electrode. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 컬러 또는 암흑 상태는 상기 변조기 구조물상에 증착되는 박막 스택들의 간섭계 특성에 의해 제공되는, 모놀리식 MEM 변조기.The color or dark state is provided by the interferometer properties of the thin film stacks deposited on the modulator structure. 지지하는 기판; 및A supporting substrate; And 상기 기판 평면에 평행인 평면에서의 이동에 의해 스위칭하는 이동가능 구성요소를 구비하는 마이크로 기계 스위치.And a moveable component for switching by movement in a plane parallel to the substrate plane. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 이동가능 구성요소는 소스와 드레인 사이의 전기적인 콘택을 제공하는, 마이크로 기계 스위치.The movable component provides a electrical contact between the source and the drain. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 이동가능 구성요소는 절연 엘리먼트를 구비하는, 마이크로 기계 스위치.And the movable component has an insulating element. 제 17 항의 스위치를 구비하는, 전압 스위칭 또는 로직 구성요소.A voltage switching or logic component comprising the switch of claim 17. 제 20 항의 전압 스위칭 또는 로직 구성요소를 구비하는, 전자 또는 MEMS-기반 디바이스.An electronic or MEMS-based device having the voltage switching or logic component of claim 20. 적어도 2 개의 직교축 중 하나 이상의 축을 따라, 주기적으로 변하는 굴절율을 갖는 구조물을 구비하는, 동적 마이크로 기계 구조물.And a structure having a refractive index that varies periodically along one or more of the at least two orthogonal axes. 제 22 항의 마이크로 기계 구조물을 구비하는, 광 처리 디바이스.A light processing device comprising the micromechanical structure of claim 22. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, 다중 광 주파수들을 전파하고 있는 도파관으로부터 특정한 주파수들의 광을 선택 및/또는 재지향하도록 구성되는, 광 처리 디바이스.And select and / or redirect light of particular frequencies from the waveguide propagating multiple optical frequencies. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, 상기 구조물의 이동가능 부분은 주기적인 포토닉 구조물에 결함을 도입하도록 구성되는, 광 처리 디바이스.And the movable portion of the structure is configured to introduce defects into the periodic photonic structure. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, 상기 구조물의 이동가능 부분은 상기 디바이스의 전체 광학 특성을 변경하도록 다차원 포토닉 구조물을 이동하도록 구성되는, 광 처리 디바이스.And the movable portion of the structure is configured to move a multi-dimensional photonic structure to change the overall optical properties of the device. 마이크로 전자기계 구조물과 관련하여 다차원 포토닉 구조물을 제조하는 방법으로서,A method of manufacturing a multidimensional photonic structure in connection with a microelectromechanical structure, 홀로그래픽 패터닝 또는 중합체의 자기-조립 프로세스 또는 자기-조직형 입자 서스펜션을 포함하는, 다차원 포토닉 구조물의 제조 방법.A method of making a multidimensional photonic structure, comprising holographic patterning or a self-assembly process of a polymer or a self-structured particle suspension. 다차원 포토닉 구조물에 결함을 도입하는 방법으로서,As a method of introducing defects into a multidimensional photonic structure, 재료의 추가 또는 제거에 의해, 재료의 광학 특성의 변화에 의해, 또는 재료를 추가하는데 마이크로 전자 증착을 이용하여, 상기 포토닉 구조물의 일부를 변경하는데 원자 입자 또는 아원자 (亞原子) 입자의 빔을 이용하는 단계를 포함하는, 방법.A beam of atomic or subatomic particles to modify a portion of the photonic structure by adding or removing material, by changing the optical properties of the material, or by using microelectron deposition to add the material. Using the method. 다차원 포토닉 구조물에 결함을 도입하는 방법으로서,As a method of introducing defects into a multidimensional photonic structure, 기판 표면상에 피쳐들 (features) 을 형성하는 단계를 포함하되,Forming features on the substrate surface, wherein 상기 피쳐들은 추후에 형성되는 포토닉 구조물에서의 결함을 발현시키는 위치를 제공하도록 구성되는, 방법.Wherein the features are configured to provide a location to manifest a defect in a later formed photonic structure. 기판; 및Board; And 상기 기판에 제조되는 간섭계 변조기를 구비하는 디바이스로서,A device having an interferometric modulator manufactured on said substrate, 상기 간섭계 변조기는, 상기 변조기가 상부에 제조되어 있는 상기 기판 내에서, 상기 기판 표면에 거의 평행한 방향으로 전파하는 광을 변조하도록 구성되는, 디바이스.And the interferometric modulator is configured to modulate light propagating in a direction substantially parallel to the substrate surface in the substrate on which the modulator is fabricated. 기판; 및Board; And 상기 기판상에 형성되는 금속 MEM 구조물을 구비하는 디바이스로서,A device having a metal MEM structure formed on the substrate, 상기 MEM 구조물은 유도파로서 전파하는 광을 변조하도록 구성되는, 디바이스.And the MEM structure is configured to modulate light propagating as guided waves. 제 30 항 및 제 31 항에 있어서,32. The method of claim 30 and 31 wherein 가변 감쇠기로서 작용하도록 구성되는 변조기.A modulator configured to act as a variable attenuator. 기판; 및Board; And 상기 기판상에서 반사형 광학장치를 구비하는 동적 마이크로 기계 구조물로서,A dynamic micromechanical structure having reflective optics on said substrate, 상기 반사형 광학장치는, 동작 시, 그 광학장치로 입사하여 상기 기판내에서 전파하는 광을 또 다른 광학 구조물을 향하여 재-지향하는, 동적 마이크로 기계 구조물.The reflective optics, when in operation, redirects light entering the optics and propagating within the substrate towards another optical structure. 기판; 및Board; And 상기 기판상에 또는 상기 기판 근처에 제조되는 미러를 구비하는 정적 마이크로-제조형 구조물로서,A static micro-fabricated structure having a mirror fabricated on or near the substrate, 상기 미러는 그 미러로 입사하여 상기 기판내에서 전파하는 광을 재-지향하도록 구성되는, 정적 마이크로-제조형 구조물.And the mirror is configured to redirect the light that enters the mirror and propagates within the substrate. 반사형 광학장치 및 상기 반사형 광학장치를 포함하는 고정 마이크로 구조물을 구비하는 동적 마이크로 기계 구조물; 및A dynamic micromechanical structure having a reflective optics and a fixed microstructure comprising the reflective optics; And 기판/도파관의 반대면에 제조되는 2 개의 구조물을 구비하는 광학 스위치로서,An optical switch having two structures fabricated on opposite sides of a substrate / waveguide, 상기 반사형 광학장치는, 상기 기판/도파관내에서 전파하는 광 빔이 동작 상태에서 상기 동적 구조물 상으로 입사할 경우, 상기 컴바이닝된 반사형 광학장치들의 광학 경로가 상기 기판/도파관내의 광의 전파 경로를 임의로 변경하도록 지향되는, 광학 스위치.In the reflective optical device, when a light beam propagating in the substrate / waveguide is incident on the dynamic structure in an operating state, the optical path of the combined reflective optical devices is a propagation path of light in the substrate / waveguide. Wherein the optical switch is directed to change arbitrarily. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 반사형 광학장치는 미러를 구비하는, 디바이스.And the reflective optics comprises a mirror. 제 33 항에 있어서,The method of claim 33, wherein 상기 기판 내부로 또는 상기 기판으로부터 광을 커플링하도록 구성되는, 디바이스.And to couple light into or from the substrate. 기판/도파관내에서 전파하는 광을 처리하도록 구성되는 마이크로 기계 구조물; 및A micromechanical structure configured to process light propagating within the substrate / waveguide; And 상기 광을 이후에 차단하거나 조작하도록 구성되는 광학 디바이스 또는 전자 디바이스를 구비하는, 광학 디바이스.Optical device or electronic device configured to block or manipulate the light later. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 기판/도파관 내부로 및 상기 기판/도파관으로부터 광을 커플링 및 디커플링하도록 구성되는 반사방지 코팅을 더 구비하는, 광학 디바이스.And an antireflective coating configured to couple and decouple light into and out of the substrate / waveguide. 제 38 항에 있어서,The method of claim 38, 정적 마이크로-제조형 구성요소들, 동적 마이크로 기계 구성요소들, 및 전자 구성요소들의 조합을 지지할 수 있으며, 상기 기판/도파관에 부착되는 광학 상부구조물을 더 구비하는, 광학 디바이스.And further comprising an optical superstructure that can support a combination of static micro-fabricated components, dynamic micromechanical components, and electronic components, and attached to the substrate / waveguide. 기판/도파관 표면상에 증착되는 절연 재료의 패터닝된 블록을 포함하는, 광학 경로 위치재지정 디바이스.And a patterned block of insulating material deposited on the substrate / waveguide surface. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 마이크로 기계 구조물은 튜닝가능 필터를 구비하는, 디바이스.And the micromechanical structure includes a tunable filter. 제 33 항, 제 34 항, 또는 제 37 항의 디바이스를 구비하는, N ×N 광학 스위치.A N x N optical switch comprising the device of claim 33, 34, or 37. 제 33 항, 제 34 항, 또는 제 37 항의 디바이스를 구비하는, 파장 선택 스위치.38. A wavelength selective switch comprising the device of claim 33, 34, or 37. 제 33 항, 제 34 항, 또는 제 37 항의 디바이스를 구비하는, 광학 믹서.38. An optical mixer comprising the device of claim 33, 34, or 37. 마이크로 기계 구조물을 제조하는 방법으로서,A method of making a micromechanical structure, 증착, 패터닝, 및 증착된 막의 에칭을 위한 일련의 툴들을 통하여 기판을 지지하는 플라스틱의 연속적인 웹을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.Providing a continuous web of plastic supporting the substrate through a series of tools for deposition, patterning, and etching the deposited film. 측정될 재료의 증착에 의해 변형되는 간섭계 캐비티를 포함하는 증착된 재료의 잔류 스트레스를 측정하는 방법으로서,A method of measuring the residual stress of a deposited material comprising an interferometer cavity deformed by the deposition of the material to be measured, 상기 캐비티에 의해 반사되는 광 파장의 패턴을 측정하여 상기 마이크로 구조물의 변형을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.Determining the deformation of the microstructure by measuring a pattern of light wavelengths reflected by the cavity. 제 44 항에 있어서,The method of claim 44, 상기 반사된 광의 패턴에 기초하여, 증착된 재료의 상기 스트레스를 자동적으로 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.And automatically determining the stress of the deposited material based on the pattern of reflected light. 제 45 항에 있어서,The method of claim 45, 막들의 잔류 스트레스를 증착 중 및 증착 이후에 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.Determining the residual stress of the films during and after deposition. 불연속적인 절연체 막, 금속 막, 또는 반도체 막을 구비하는 동적 마이크로 기계 구조물로서,A dynamic micromechanical structure having a discontinuous insulator film, a metal film, or a semiconductor film, 상기 막의 광학 특성은, 불연속성 때문에, 연속적인 막의 광학 특성과는 상이한, 동적 마이크로 기계 구조물.The optical properties of the film differ from the optical properties of the continuous film due to discontinuities. 깊이를 통하여 막의 광학 특성의 연속적인 변화를 발생하는 방식으로 에칭된 절연체 막, 금속 막, 또는 반도체 막을 구비하는, 동적 마이크로 기계 구조물.A dynamic micromechanical structure having an insulator film, a metal film, or a semiconductor film etched in a manner that produces a continuous change in the optical properties of the film through depth.
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